(57)【要約】  造形テーブルと、前記造形テーブル上に一層分の粉末をコーティングして粉末層を形成するリコーターユニットと、前記粉末層に対して、少なくとも異なる２種類の液体を塗布して造形物を形成するインクジェットヘッドを含むプリントヘッドユニットと、を有するように構成する。
2015141782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末層に対して、少なくとも異なる２種類の液体を塗布して造形物を形成するインクジェットヘッド、を有する、
ことを特徴とするプリントヘッドユニット。
【請求項２】
前記インクジェットヘッドは、前記少なくとも異なる２種類の液体の塗布を制御して、前記造形物の特性を部分的に変化させる、
ことを特徴とする請求項１に記載のプリントヘッドユニット。
【請求項３】
前記インクジェットヘッドは、
前記粉末層に対して、第１液体を塗布する第１インクジェットヘッド部と、
前記粉末層に対して、前記第１液体とは異なる第２液体を塗布する第２インクジェットヘッド部と、を含む、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプリントヘッドユニット。
【請求項４】
前記第１インクジェットヘッド部および前記第２インクジェットヘッド部は、独立に、または、一体的に移動制御される、
ことを特徴とする請求項３に記載のプリントヘッドユニット。
【請求項５】
前記インクジェットヘッドは、
前記粉末層に対して、第１液体、および、前記第１液体とは異なる第２液体の混合比を制御して塗布する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプリントヘッドユニット。
【請求項６】
前記インクジェットヘッドは、
前記第１液体または前記第２液体を洗浄剤でクリーニングするようになっている、
ことを特徴とする請求項５に記載のプリントヘッドユニット。
【請求項７】
前記インクジェットヘッドは、
前記粉末層に対して、第１液体、および、前記第１液体とは異なる第２液体のいずれかを選択して塗布する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプリントヘッドユニット。
【請求項８】
前記インクジェットヘッドは、
前記粉末層に対して、液体を吐出する機能を有する液体吐出部を含み、
前記プリントヘッドユニットは、さらに、
前記液体吐出部に着脱可能とされ、前記粉末層に対して、前記液体吐出部を介して塗布する前記第１液体が貯蔵された第１貯蔵部と、
前記液体吐出部に着脱可能とされ、前記粉末層に対して、前記液体吐出部を介して塗布する前記第２液体が貯蔵された第２貯蔵部と、を有する、
ことを特徴とする請求項７に記載のプリントヘッドユニット。
【請求項９】
さらに、
前記液体吐出部に着脱可能とされ、前記液体吐出部をクリーニングする洗浄剤が貯蔵された第３貯蔵部を有する、
ことを特徴とする請求項８に記載のプリントヘッドユニット。
【請求項１０】
前記第１液体は、前記粉末層における粉末を、造形データに基づいて所定形状に結合する第１結合剤である、
ことを特徴とする請求項３乃至請求項９のいずれか１項に記載のプリントヘッドユニット。
【請求項１１】
前記第２液体は、前記第１結合剤とは異なる第２結合剤である、
ことを特徴とする請求項１０に記載のプリントヘッドユニット。
【請求項１２】
前記インクジェットヘッドは、ラインヘッドである、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載のプリントヘッドユニット。
【請求項１３】
造形テーブルと、
前記造形テーブル上に一層分の粉末をコーティングして粉末層を形成するリコーターユニットと、
請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載のプリントヘッドユニットと、を有する、
ことを特徴とする三次元積層造形装置。
【請求項１４】
造形テーブル上に粉末をコーティングして粉末層を形成する粉末コーティング工程と、
前記粉末層に対して液体を塗布する液体塗布工程と、を有し、
前記粉末コーティング工程および前記液体塗布工程を交互に繰り返して造形物を形成する三次元積層造形方法であって、
前記液体塗布工程は、
少なくとも異なる２種類の液体を使用する、
ことを特徴とする三次元積層造形方法。
【請求項１５】
前記液体塗布工程は、
前記粉末層に対して、第１結合剤を塗布する第１結合剤塗布工程と、
前記粉末層に対して、前記第１結合剤とは異なる第２結合剤を塗布する第２結合剤塗布工程と、を有する、
ことを特徴とする請求項１４に記載の三次元積層造形方法。
【請求項１６】
前記液体塗布工程は、さらに、
前記第１結合剤塗布工程と前記第２結合剤塗布工程の間で、洗浄剤を使用してクリーニングを行うクリーニング工程を有する、
ことを特徴とする請求項１５に記載の三次元積層造形方法。
【請求項１７】
前記液体塗布工程は、
前記粉末層に対して、第１結合剤と、前記第１結合剤とは異なる第２結合剤の比率を制御して塗布を行う、
ことを特徴とする請求項１４に記載の三次元積層造形方法。
【請求項１８】
前記液体塗布工程は、
前記造形物に求められる部分的な特性に従って、前記第１結合剤および前記第２結合剤の比率を制御して塗布を行う、
ことを特徴とする請求項１４乃至請求項１７のいずれか１項に記載の三次元積層造形方法。
【請求項１９】
造形テーブル上に粉末をコーティングして粉末層を順次形成し、造形データに基づいてそれぞれの前記粉末層に液体を塗布して、造形物を形成する三次元積層造形方法であって、
前記粉末層に対して液体を塗布する工程は、
第１液体および第２液体を準備する準備ステップと、
前記第１液体および前記第２液体を第１混合比として前記粉末層に塗布する第１塗布ステップと、
前記第１液体および前記第２液体を、前記第１混合比とは異なる第２混合比として前記粉末層に塗布する第２塗布ステップと、を有する、
ことを特徴とする三次元積層造形方法。
【請求項２０】
前記第１塗布ステップおよび前記第２塗布ステップは、異なる粉末層で行われる、
ことを特徴とする請求項１９に記載の三次元積層造形方法。
【請求項２１】
前記第１塗布ステップおよび前記第２塗布ステップは、同一の粉末層で行われる、
ことを特徴とする請求項１９に記載の三次元積層造形方法。
【請求項２２】
請求項１４乃至請求項２１のいずれか１項に記載の三次元積層造形方法により形成される造形物であって、
特性が部分的に変化している、傾斜構造を有する、
ことを特徴とする造形物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で言及する実施例は、プリントヘッドユニット、三次元積層造形装置、三次元積層造形方法および造形物に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光造形法や粉末造形法、或いは、ＦＤＭ法(Fused Deposition Modeling：熱溶解積層法)などを適用した三次元積層造形装置(いわゆる、３Ｄプリンタ)が注目されている。【０００３】
具体的に、光造形法を適用した三次元積層造形装置は、例えば、造形浴に入れた液状の光硬化性樹脂の液面に所望のパターンが得られるようにコンピュータ制御された光(例えば、紫外線レーザー)を選択的に照射して、光硬化性樹脂を硬化させる。さらに、その光硬化した層の上に一層分の光硬化性樹脂を供給して、再び光を照射して光硬化性樹脂を硬化させ、同様の処理を繰り返して目的とする造形物(モデル)を形成する。【０００４】
また、ＦＤＭ法を適用した三次元積層造形装置は、例えば、糸状の熱可塑性樹脂を造形ヘッド内のヒータで溶融し、その溶融された熱可塑性樹脂を射出制御すると共に、造形テーブルの昇降により積層造形するものである。【０００５】
さらに、粉末造形法を適用した三次元積層造形装置、例えば、粉末焼結や粉末溶融、或いは、粉末インクジェット(Powder Bed and Inkjet Head 3D Printing)による三次元積層造形装置は、例えば、リコーターユニットにより造形テーブル上に一層分の粉末をコーティングし、その後、プリントヘッドユニット(インクジェットヘッドユニット)により、コーティングされた粉末面に対するバインダー(結合剤)の塗布を行い、造形物の一層分を形成する。【０００６】
そして、造形テーブルを粉末の一層分だけ降下させ、再び、リコーターユニットによる粉末のコーティングを行った後、プリントヘッドユニットによる結合剤の塗布を行って造形物の次の一層分を形成する。そして、同様の処理を繰り返すことにより所望とする造形物を形成する。【０００７】
なお、粉末造形法を適用した三次元積層造形装置において、使用する粉末としては、例えば、砂，金属粉末，石膏，澱粉，人工骨，プラスチック粉末など様々なものが含まれる。また、造形物としても様々なものがあり得るが、例えば、粉末として砂を使用し、造形物として鋳型を造型することもできる。さらに、粉末として、熱可塑性樹脂(プラスチック粉末)を適用してもよく、或いは、砂の粒子に熱可塑性樹脂をコーティングしたものを適用してもよい。【０００８】
また、粉末として、熱可塑性樹脂(プラスチック粉末)を適用し、或いは、砂の粒子に熱可塑性樹脂をコーティングしたものも適用してもよい。さらに、粉末として金属粉末を使用し、結合剤を塗布して造形物を形成した後、その造形物を焼結して金属造形物を得るようにすることも可能である。【０００９】
ところで、従来、粉末造形法を適用した三次元積層造形装置のプリントヘッドユニットとしては様々なものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第５０５９８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来、粉末造形法を適用した三次元積層造形装置のプリントヘッドユニットとしては様々なものが提案されているが、通常、リコーターユニットによりコーティングされる粉末は同一種類のものであり、また、プリントヘッドユニットにより塗布される結合剤も１種類のみである。【００１２】
そのため、粉末造形法を適用した三次元積層造形装置により形成された造形物は、全て均一な材質(粉末および結合剤)で同じ特性を有することになる。しかしながら、三次元積層造形装置により形成される造形物として、部分的に異なる特性を持たせた方が好ましいものがある。【００１３】
本実施形態は、造形物の特性を部分的に変化させることのできるプリントヘッドユニット、三次元積層造形装置、三次元積層造形方法および造形物の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る第１実施形態によれば、粉末層に対して、少なくとも異なる２種類の液体を塗布して造形物を形成するインクジェットヘッド、を有する、プリントヘッドユニットが提供される。【００１５】
また、本発明に係る第２実施形態によれば、造形テーブルと、前記造形テーブル上に一層分の粉末をコーティングして粉末層を形成するリコーターユニットと、前記粉末層に対して、少なくとも異なる２種類の液体を塗布して造形物を形成するインクジェットヘッドと、を有する、三次元積層造形装置が提供される。【００１６】
さらに、本発明に係る第３実施形態によれば、造形テーブル上に粉末をコーティングして粉末層を形成する粉末コーティング工程と、前記粉末層に対して液体を塗布する液体塗布工程と、を有し、前記粉末コーティング工程および前記液体塗布工程を交互に繰り返して造形物を形成する三次元積層造形方法であって、前記液体塗布工程は、少なくとも異なる２種類の液体を使用する、三次元積層造形方法が提供される。【００１７】
また、本発明に係る第３実施形態によれば、造形テーブル上に粉末をコーティングして粉末層を順次形成し、造形データに基づいてそれぞれの前記粉末層に液体を塗布して、造形物を形成する三次元積層造形方法であって、前記粉末層に対して液体を塗布する工程は、第１液体および第２液体を準備する準備ステップと、前記第１液体および前記第２液体を第１混合比として前記粉末層に塗布する第１塗布ステップと、前記第１液体および前記第２液体を、前記第１混合比とは異なる第２混合比として前記粉末層に塗布する第２塗布ステップと、を有する、三次元積層造形方法も提供される。【００１８】
さらに、本発明に係る第４実施形態によれば、造形テーブル上に粉末をコーティングして粉末層を形成する粉末コーティング工程と、前記粉末層に対して液体を塗布する液体塗布工程と、を有し、前記粉末コーティング工程および前記液体塗布工程を交互に繰り返して造形物を形成する三次元積層造形方法であって、前記液体塗布工程は、少なくとも異なる２種類の液体を使用する、三次元積層造形方法により形成される造形物であって、特性が部分的に変化している、傾斜構造を有する三次元積層造形方法により形成される、造形物が提供される。【００１９】
そして、本発明に係る第４実施形態によれば、造形テーブル上に粉末をコーティングして粉末層を順次形成し、造形データに基づいてそれぞれの前記粉末層に液体を塗布して、造形物を形成する三次元積層造形方法であって、前記粉末層に対して液体を塗布する工程は、第１液体および第２液体を準備する準備ステップと、前記第１液体および前記第２液体を第１混合比として前記粉末層に塗布する第１塗布ステップと、前記第１液体および前記第２液体を、前記第１混合比とは異なる第２混合比として前記粉末層に塗布する第２塗布ステップと、を有する、三次元積層造形方法であって、特性が部分的に変化している、傾斜構造を有する三次元積層造形方法により形成される、造形物も提供される。
【発明の効果】
【００２０】
開示のプリントヘッドユニット、三次元積層造形装置、三次元積層造形方法および造形物は、造形物の特性を部分的に変化させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、三次元積層造形装置の一例を概略的に示す斜視図である。
【図２】図２は、プリントヘッドユニットの例を説明するための図である。
【図３】図３は、本発明に係るプリントヘッドユニットの第１実施例を説明するための図(その１)である。
【図４】図４は、本発明に係るプリントヘッドユニットの第１実施例を説明するための図(その２)である。
【図５】図５は、本発明に係るプリントヘッドユニットの第２実施例を説明するための図である。
【図６】図６は、図５に示すプリントヘッドユニットにおける処理の一例を説明するための図である。
【図７】図７は、図５に示すプリントヘッドユニットを使用した三次元積層造形装置により形成された造形物の一例、並びに、その造形物を使用して製作された製品を説明するための図である。
【図８】図８は、本発明に係るプリントヘッドユニットの第３実施例を説明するための図である。
【図９】図９は、図８に示すプリントヘッドユニットにおける処理の一例を説明するための図である。
【図１０】図１０は、図９に示す処理の変形例を説明するための図である。
【図１１】図１１は、本発明に係るプリントヘッドユニットの第４実施例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
まず、本発明に係るプリントヘッドユニット、三次元積層造形装置、三次元積層造形方法および造形物の実施例を詳述する前に、図１および図２を参照して、粉末造形法を適用した三次元積層造形装置の一例、および、プリントヘッドユニットの例、並びに、その問題点を説明する。
【００２３】
図１は、三次元積層造形装置の一例を概略的に示す斜視図であり、粉末造形法を適用した三次元積層造形装置１００の一例を示すものである。
【００２４】
図１に示されるように、三次元積層造形装置１００は、制御用コンピュータ１０１、プリントヘッドユニット１０２、リコーターユニット１０３、造形タンク１０４、昇降装置１０５、粉末供給ホッパーユニット１０６、クリーニングユニット１０７、および、薬品ユニット１０８を含む。ここで、造形タンク１０４には、昇降装置１０５によりＺ軸方向(高さ方向)の制御が行われる造形テーブル１４１が設けられている。
【００２５】
制御用コンピュータ１０１は、三次元データ(造形データ：例えば、ＳＴＬデータ：Standard Triangulated Language Data)を入力とし、スライス処理やオフセット処理、および、ビットマップ変換処理などを行って、三次元積層造形装置１００の制御を行う。
【００２６】
プリントヘッドユニット１０２は、例えば、ビットマップ化された造形データに基づいて結合剤(バインダー：液体)を造形テーブル１４１上の粉末面に塗布(吐出)して一層分の造形を行う。なお、プリントヘッドユニット１０２には、例えば、複数の吐出ノズルが設けられた複数のインクジェットヘッドが搭載されている。
【００２７】
ここで、プリントヘッドユニット１０２は、例えば、造形テーブル１４１上の粉末面に対して、インクジェットヘッド１２１をＸ軸方向(装置正面から見て左右方向)に移動させながら結合剤の塗布を行う。
【００２８】
さらに、１行のＸ軸の塗布作業が終わったら、インクジェットヘッド１２１をＹ軸方向(装置正面から見て前後方向)に移動させ、再びインクジェットヘッド１２１をＸ軸方向に移動させて結合剤の塗布を行う。このような処理を繰り返すことで、一層分の造形処理を行う。
【００２９】
なお、インクジェットヘッド１２１は、例えば、造形テーブル１４１のＸ軸方向全体の長さを有するラインヘッドとして構成してもよい。この場合、インクジェットヘッド１２１をＹ軸方向に移動させるだけで、造形テーブル１４１上の粉末全面に対する結合剤の塗布、すなわち、一層分の造形処理を行うことが可能になる。
【００３０】
そして、造形テーブル１４１上の粉末全面に対する一層分の造形処理が終了したら、例えば、昇降装置１０５により造形テーブル１４１をＺ軸方向(高さ方向)に降下させ、さらに、リコーターユニット１０３をＹ軸方向に移動させながら、一層分の粉末をコーティングする。
【００３１】
ここで、リコーターユニット１０３は、例えば、リコータ内ホッパー１３１およびブレード１３２を含む。リコータ内ホッパー１３１は、粉末供給ホッパーユニット１０６から供給された粉末を貯蔵する。
【００３２】
ブレード１３２は、リコーターユニット１０３がＹ軸方向に移動しているときに動作し、リコーターユニット１０３が移動中に造形テーブル１４１上に粉末を密に、かつ、水平(Ｘ−Ｙ軸平面)となるように供給する。
【００３３】
なお、ブレード１３２は、能動的または受動的な振動によって、或いは、回転を伴って、粉末１３０を所定の厚さで円滑にコーティング(堆積)するように構成してもよく、若しくは、ブレード１３２を動作させることなく、一定量の粉末１３０を堆積するように構成してもよい。
【００３４】
ここで、昇降装置１０５により造形テーブル１４１を降下させる量(高さ)と、リコーターユニット１０３によりコーティングする粉末１３０の厚さ(粉末層１４０の最上部における粉末１３０の積層ピッチ)は、一致するように制御される。
【００３５】
以上の処理を繰り返し行うことで、造形タンク１０４内において、最終的な造形物が完成する。すなわち、造形タンク１０４内には、例えば、目的とする造形物，サポート，および，結合剤が塗布されずに残った粉末が含まれる。
【００３６】
造形タンク１０４は、例えば、造形タンク移送ユニットにより三次元積層造形装置１００の外部へ移動され、自動または手作業によって不要なサポートおよび粉末が取り除かれて、目的とする造形物が取り出されることになる。
【００３７】
クリーニングユニット１０７は、インクジェットヘッド１２１の余分な結合剤や粉末などを取り除くためのものである。また、薬品ユニット１０８は、造形処理に使用する薬品(結合剤や洗浄剤)を貯蔵するものであり、結合剤はインクジェットヘッド１２１に供給され、洗浄剤はクリーニングユニット１０７に供給される。なお、洗浄剤は、例えば、インクジェットヘッドの内部や吐出口を洗浄するために使用され、或いは、未使用時にインクジェットヘッドが乾いて劣化しないように充填される。
【００３８】
なお、三次元積層造形装置１００には、図示しない、クリーニングユニット１０７による廃液を回収する廃液タンク、結合剤や洗浄剤の吐出に使用するエアー圧コントロールユニットなども設けられている。
【００３９】
ここで、図１は、粉末造形法を適用した三次元積層造形装置の単なる例を示すものであり、本実施例の適用は、図１に示すものに限定されず、例えば、粉末造形法を適用した様々な三次元積層造形装置に対して適用される。
【００４０】
すなわち、本実施例は、例えば、粉末インクジェットなどによる様々な粉末造形法を適用した三次元積層造形装置によるプリントヘッドユニット、三次元積層造形装置、三次元積層造形方法および造形物として適用することができる。なお、造形物(モデル)としても様々なものがあり得るが、例えば、粉末として砂を使用し、造形物として鋳型を造型することもできるのはいうまでもない。
【００４１】
図２は、プリントヘッドユニットの例を説明するための図であり、図２(a)は、図１を参照して説明したインクジェットヘッド１２１を含むプリントヘッドユニットを示し、図２(b)は、ラインヘッド(インクジェットヘッド)１２３を含むプリントヘッドユニットを示す。
【００４２】
図２(a)に示されるように、インクジェットヘッド１２１は、例えば、リコーターユニット(１０３)により造形テーブル(１４１)上にコーティングされた粉末層１２０に対して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動して結合剤１２２を塗布する。すなわち、図２(a)に示すインクジェットヘッド１２１は、粉末層１２０に対して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動して一層分の造形処理を行う。
【００４３】
また、図２(b)に示されるように、インクジェットヘッド１２３は、例えば、リコーターユニットにより造形テーブル上にコーティングされた粉末層１２０に対して、Ｙ軸方向に移動して結合剤１２２を塗布する。すなわち、図２(b)に示すインクジェットヘッド１２３は、粉末層１２０に対して、結合剤をＸ軸方向の１ライン同時に塗布するようになっており、Ｙ軸方向に移動するだけで、一層分の造形処理が行われる。
【００４４】
ここで、図２(a)および図２(b)に示すインクジェットヘッド１２１，１２３は、いずれも１種類の結合剤１２２を塗布するようになっている。従って、通常、リコーターユニット(１０３)によりコーティングされる粉末は同一種類のものであるため、三次元積層造形装置により形成された造形物は、全て均一な材質(粉末および結合剤)で同じ特性を有することになる。
【００４５】
ところで、例えば、砂による鋳型(砂型)に溶融金属を注湯し、その溶融金属を凝固させて製品(鋳物)を鋳造する場合、鋳込む金属材料や鋳物の形状に適した冷却を行うのが好ましい。
【００４６】
そのため、例えば、砂型の特定個所にひやし金を埋設または押し当て、その個所の熱を急速に奪うようにして凝固の調整を行い、或いは、押し湯を高周波で加熱して指向性凝固を促進するといった様々な手法が適用されている。
【００４７】
しかしながら、例えば、砂型の特定個所にひやし金を埋設または押し当てる場合、そのための新たな処理や作業が必要となり、また、例えば、押し湯を高周波で加熱するには、新たに高周波加熱装置を設けなければならないといった問題がある。その結果、例えば、製品である鋳物の価格を押し上げることになってしまう。
【００４８】
これは、砂を適用した三次元積層造形装置により造型された鋳型の問題に限定されるものではなく、例えば、全て均一な材質で同じ特性を有する造形物により生じる様々な不都合に対しても同様の問題として捉えることができる。
【００４９】
以下、本発明に係るプリントヘッドユニット、三次元積層造形装置、三次元積層造形方法および造形物の実施例を、添付図面を参照して詳述する。以下の説明では、主として異なる２種類の結合剤を塗布する場合を説明するが、３種類以上の結合剤に対しても同様に適用することが可能である。また、三次元積層造形装置により形成される造形物は、粉末として砂を使用して造型される鋳型に限定されるものではなく、部分的に異なる特性が要求される様々な造形物であってもよい。
【００５０】
なお、本明細書において、塗布なる文言は、例えば、リコーターユニットによりコーティングされた粉末面(印刷面)に対して、プリントヘッドユニット(インクジェットヘッドユニット)から液体(液滴：結合剤，バインダー)を着滴(着弾)するだけでなく、インクジェットヘッドユニットから液体(液滴)を噴霧(吐出)することも含むものとして使用される。
【００５１】
すなわち、本実施形態は、例えば、造形物として鋳型を形成(造型)する場合に限定されるものではなく、粉末造形法を適用した三次元積層造形装置およびそのプリントヘッドユニット、並びに、三次元積層造形方法に対して幅広く適用することができる。
【００５２】
図３および図４は、本発明に係るプリントヘッドユニットの第１実施例を説明するための図である。
【００５３】
図３(a)〜図３(d)，図４(a)および図４(b)において、参照符号２１Ａ，２１Ｂは、それぞれ図２(a)を参照して説明したインクジェットヘッド１２１に対応する第１および第２インクジェットヘッド部(第１および第２インクジェットヘッド)を示し、また、２３Ａ，２３Ｂは、それぞれ図２(b)を参照して説明したインクジェットヘッド１２３に対応する第１および第２インクジェットヘッド部(第１および第２ラインヘッド)を示す。
【００５４】
さらに、参照符号２０は、例えば、リコーターユニット(１０３)により造形テーブル(１４１)上にコーティングされた粉末層を示し、２２Ａ，２２Ｂは、第１および第２結合剤(第１および第２液体)を示す。なお、リコーターユニット(１０３)は省略されている。
【００５５】
図３(a)〜図３(d)において、参照符号２０Ａ，２０Ａ’および２０Ｂは、インクジェットヘッド部の退避領域を示し、実際に造形物を形成する造形領域(粉末層２０)の両端には、インクジェットヘッド部２１Ａ，２３Ａおよび２１Ｂを退避させるための退避領域２０Ａ，２０Ａ’および２０Ｂが設けられている。また、参照符号１１，１１Ａ，１１Ｂ，１２，１２Ａ，１２Ｂは、Ｙ軸方向のレールを示し、１３，１３Ａ，１３Ｂは、Ｘ軸方向のレールを示す。
【００５６】
ここで、図３(a)〜図３(c)は、２つのインクジェットヘッド(第１および第２インクジェットヘッド部)２１Ａ，２１Ｂが独立に移動制御される場合を示し、図３(d)は、第１(または第２)インクジェットヘッド部(ラインヘッド)２２Ａと第２(または第１)インクジェットヘッド部(インクジェットヘッド)２１Ｂが独立に移動制御される場合を示す。
【００５７】
また、図４(a)は、第１および第２インクジェットヘッド部(ラインヘッド)２３Ａ，２３Ｂが一体的に移動制御される場合を示し、図４(b)は、第１および第２インクジェットヘッド部(ラインヘッド)２３Ａ，２３Ｂが独立に移動制御される場合を示す。
【００５８】
図３(a)〜図３(d)，図４(a)および図４(b)に示されるように、第１インクジェットヘッド部２１Ａ，２３Ａは、粉末層２０に対して、第１結合剤(第１液体)２２Ａを塗布するためのものであり、第２インクジェットヘッド部２１Ｂ，２３Ｂは、粉末層２０に対して、第２結合剤(第２液体)２２Ｂを塗布するためのものである。
【００５９】
図３(a)〜図３(c)において、第１インクジェットヘッド部２１Ａは、レール１３Ａに沿ってＸ軸方向で移動制御され、第２インクジェットヘッド部２１Ｂは、レール１３Ｂに沿ってＸ軸方向で移動制御される。
【００６０】
図３(a)および図３(b)に示す例では、レール１３Ａおよび１３Ｂが、共通のレール１１，１２に沿って移動制御され、図３(c) および図３(d)に示す例では、レール１３Ａおよび１３Ｂが、専用のレール１１Ａ，１２Ａおよび１１Ｂ，１２Ｂに沿って移動制御されるようになっている。
【００６１】
ここで、図３(a)および図３(b)に示す例では、例えば、第１および第２インクジェットヘッド部２１Ａ，２１ＢがＹ軸方向の共通のレール１１，１２上を移動するが、それぞれ専用のモータや移動制御機構を設けることでＹ軸方向の位置を個別に制御することができる。また、図３(c)および図３(d)に示す例では、例えば、第１および第２インクジェットヘッド部２１Ａ，２１Ｂの専用のレール１１Ａ，１２Ａおよび１１Ｂ，１２Ｂに対してボールねじ等を適用することで、独立に制御することができるのはいうまでもない。
【００６２】
図３(b)に示す例では、第１インクジェットヘッド部２１Ａが２つの退避領域２０Ａおよび２０Ａ’で退避できるようになっている。なお、第１および第２インクジェットヘッド部２１Ａ，２１Ｂは、例えば、が２つの退避領域２０Ａおよび２０Ａ’で退避できるようになっている。
【００６３】
このように、第１および第２インクジェットヘッド部(インクジェットヘッド)２１Ａ，２１Ｂは、例えば、Ｙ軸方向の移動可能領域をソフト的に制限し、粉末層(造形領域)２０の全体に対して造形処理を行うことが可能になる。なお、インクジェットヘッド部は、２つに限定されるものではなく、レール等による移動機構は、様々なものを適用することができる。
【００６４】
図３(d)に示す例では、例えば、主たる第１結合剤２２Ａを塗布するためにラインヘッド(第１インクジェットヘッド部)２３Ａを適用し、部分的に(オプションとして)第２結合剤２２Ｂを塗布するためにインクジェットヘッド(第２インクジェットヘッド部)２１Ｂを適用している。
【００６５】
図４(a)に示す例では、第１インクジェットヘッド部２３Ａおよび第２インクジェットヘッド部２３Ｂは、一体的にＹ軸方向を移動するようになっている。この場合、第１および第２インクジェットヘッド部２３Ａ，２３Ｂは、共通の１つの駆動機構により移動制御される。
【００６６】
図４(b)に示す例では、第１インクジェットヘッド部２３Ａおよび第２インクジェットヘッド部２３Ｂは、それぞれ独立した駆動機構により移動制御される。ここで、Ｙ軸方向の両端に退避領域を設け、例えば、第１インクジェットヘッド部２３Ａにより第１結合剤２２Ａを塗布する場合には、第２インクジェットヘッド部２３Ｂを一方の退避領域に退避させ、第２インクジェットヘッド部２３Ｂにより第２結合剤２２Ｂを塗布する場合には、第１インクジェットヘッド部２３Ａを他方の退避領域に退避させるようにしてもよい。
【００６７】
上述したように、第１インクジェットヘッド部２１Ａ，２３Ａは、粉末層２０に対して、第１結合剤(第１液体)２２Ａを塗布するためのものであり、第２インクジェットヘッド部２１Ｂ，２３Ｂは、粉末層２０に対して、第２結合剤(第２液体)２２Ｂを塗布するためのものである。
【００６８】
ここで、第１結合剤２２Ａと第２結合剤２２Ｂは、異なる種類の結合剤であり、例えば、粉末層２０に対して第１結合剤２２Ａを塗布した場合の造形物の特性が、粉末層２０に対して第２結合剤２２Ｂは塗布した場合の造形物の特性とは異なっている。
【００６９】
なお、第１結合剤２２Ａおよび第２結合剤２２Ｂは、粉末層２０に対して、一方のみを塗布してもよいが、第１インクジェットヘッド部２１Ａ，２３Ａによる第１結合剤２２Ａの吐出量と、第２インクジェットヘッド部２１Ｂ，２３Ｂによる第２結合剤２２Ｂの吐出量を制御して、粉末層２０に塗布された時の第１および第２結合剤２２Ａ，２２Ｂの比率を調整してもよい。
【００７０】
具体的に、例えば、第１結合剤２２Ａの吐出量をＤＱ22Aとし、第２結合剤２２Ｂの吐出量をＤＱ22Bとしたとき、ＤＱ22A：ＤＱ22B＝０．５：０．５、或いは、＝０．３：０．７というように制御して１個所に吐出してもよい。
【００７１】
また、例えば、インクジェット(第１および第２インクジェットヘッド部２１Ａ，２３Ａおよび２１Ｂ，２３Ｂ)の最低吐出量が制限されている場合などは、吐出する場所ごとに液体を変えることもできる。具体的に、第１液体Ａ(第１結合剤２２Ａ)と、第２液体Ｂ(第２結合剤２２Ｂ)を、例えば、ＡＢＡＢＡＢＡＢ…、或いは、ＡＢＢＡＢＢＡＢＢＡＢＢＡ…というように、インクジェットの噴射間隔(吐出時間)を制御してもよい。
【００７２】
なお、インクジェットの噴射間隔は、機械の精度にもよるが、例えば、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度なので、通常の造形物の形成においては、インク(結合剤)の噴射がモザイク状になっても、ほぼ一様とみなすことができる。
【００７３】
このとき、第１および第２結合剤２２Ａ，２２Ｂは、それぞれが粉末層２０に吐出(塗布)された後に固まるが、例えば、第１および第２結合剤２２Ａ，２２Ｂが固化するのに必要な時間を適宜調整することで、第１および第２結合剤２２Ａ，２２Ｂを均一に混合することもができる。
【００７４】
さらに、例えば、粉末層２０に対して、第１インクジェットヘッド部２１Ａ，２３Ａから第１結合剤２２Ａの塗布を行い、その第１結合剤２２Ａが含まれた粉末層２０に対して、第２インクジェットヘッド部２１Ｂ，２３Ｂから、例えば、水で薄めた黒鉛粉末を第２結合剤２２Ｂとして制御して塗布することにより、造形物の特性を部分的に変化させるようにすることもできる。
【００７５】
なお、第１および第２結合剤２２Ａ，２２Ｂの塗布の方法としては、造形物に持たせたい特性に応じて様々なものが考えられるが、一例として、造形物が鋳型(砂型)の場合には、例えば、鋳型の下部の熱伝導率を高くすると共に、上部の熱伝導率を低くして、凝固特性(熱伝導率の特性)に傾斜構造を持たせることができる。
【００７６】
これにより、鋳型(造形物)に溶融金属を注湯して鋳物を鋳造する際、その溶融金属の凝固が指向性(例えば、鋳物の下部の溶融金属の凝固時間が短縮され、上部の溶融金属の凝固時間が延長される)を持つことになり、前述した、鋳型の特定個所へのひやし金の埋設や押し当て、或いは、押し湯や高周波加熱装置を不要として、指向性凝固を促進することが可能になる。
【００７７】
なお、上述したプリントヘッドユニットは、例えば、図１を参照して説明したような三次元積層造形装置に適用することができる。また、造形物が鋳型の場合は、単なる一例であり、さらに、使用する結合剤も２種類に限定されるものではない。
【００７８】
このように、第１実施例のプリントヘッドユニットによれば、粉末層に対して、少なくとも異なる２種類の結合剤を塗布して造形物を形成することによって、造形物の特性を部分的に変化させることができる。これは、第１実施例だけでなく、他の実施例でも同様である。
【００７９】
図５は、本発明に係るプリントヘッドユニットの第２実施例を説明するための図であり、図５(a)は、前述した図２(a)に対応し、図５(b)は、前述した図２(b)に対応する。ここで、図５(a)および図５(b)に示すプリントヘッドユニットは、１つのインクジェットヘッド２１および２３により２種類の結合剤２２Ａ，２２Ｂを塗布するようになっている。
【００８０】
ここで、インクジェットヘッド２１(２３)は、第１結合剤２２Ａを吐出する吐出口と、第２結合剤２２Ｂを吐出する吐出口を独立に設けることもできる。例えば、図５(b)に示すプリントヘッドユニットにおいて、第１および第２結合剤２２Ａ，２２Ｂに対して独立(専用)の吐出口を設けた場合、実質的に、前述した図４(a)と同様の構成になる。
【００８１】
なお、以下の説明では、主として、第１結合剤２２Ａおよび第２結合剤２２Ｂを共通の吐出口から吐出する構成を説明する。この第１および第２結合剤２２Ａ，２２Ｂを共通の吐出口から吐出する構成は、例えば、第１および第２結合剤２２Ａ，２２Ｂの溶媒・溶液・液体が同じ、或いは、親和性を有していて、第１および第２結合剤２２Ａ，２２Ｂが混ざり易い場合に好ましい。
【００８２】
図５(a)に示されるように、インクジェットヘッド２１は、例えば、リコーターユニット(１０３)により造形テーブル(１４１)上にコーティングされた粉末層２０に対して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動して２種類の結合剤２２Ａ，２２Ｂを塗布する。すなわち、図５(a)に示すインクジェットヘッド２１は、粉末層２０に対して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動して一層分の造形処理を行う。
【００８３】
なお、粉末層２０に対する一層分の造形処理が終了したら、例えば、図１を参照して説明した三次元積層造形装置１００において、昇降装置１０５により造形テーブル１４１をＺ軸方向(高さ方向)に降下させ、さらに、リコーターユニット１０３により一層分の粉末をコーティングし、そのコーティングされた粉末層２０に対して、インクジェットヘッド２１による一層分の造形処理を繰り返す。
【００８４】
また、図５(b)に示されるように、インクジェットヘッド(ラインヘッド)２３は、例えば、リコーターユニットにより造形テーブル上にコーティングされた粉末層２０に対して、Ｙ軸方向に移動して２種類の結合剤２２Ａ，２２Ｂを塗布する。すなわち、図５(b)に示すインクジェットヘッド２３は、粉末層２０に対して、結合剤をＸ軸方向の１ライン同時に塗布するようになっており、Ｙ軸方向に移動するだけで、一層分の造形処理が行われる。
【００８５】
なお、粉末層２０に対する一層分の造形処理が終了したら、例えば、図１を参照して説明した三次元積層造形装置１００において、昇降装置１０５により造形テーブル１４１をＺ軸方向(高さ方向)に降下させ、さらに、リコーターユニット１０３により一層分の粉末をコーティングし、そのコーティングされた粉末層２０に対して、インクジェットヘッド２３による一層分の造形処理を繰り返す。
【００８６】
図６は、図５に示すプリントヘッドユニットにおける処理の一例を説明するための図である。図６に示されるように、例えば、異なる２種類の結合剤２２Ａ，２２Ｂが混ざり易い場合、第１および第２結合剤２２Ａ，２２Ｂの比率を制御して混合し、吐出口２４から混合された結合剤(吐出液)２２Ｄを、粉末層２０に対して塗布(吐出)する。
【００８７】
これにより、図５(a)および図５(b)に示すプリントヘッドユニットを使用した三次元積層造形装置も、図４(a)および図４(b)を参照して説明したのと同様に、例えば、造形物に傾斜構造を持たせ、すなわち、造形物の特性を部分的に変化させることが可能になる。
【００８８】
図７は、図５に示すプリントヘッドユニットを使用した三次元積層造形装置により形成された造形物の一例、並びに、その造形物を使用して製作された製品を説明するための図である。
【００８９】
ここで、図７(a)は、前述した図５(a)または図５(b)に示すプリントヘッドユニットを使用した三次元積層造形装置により、例えば、図１を参照して説明した三次元積層造形装置１００の造形タンク１０４内に造形された鋳型(造形物：砂型)１０を示す。また、図７(b)は、鋳型１０に対して溶融金属を注湯して凝固させて製造した製品(タービン)を示す。
【００９０】
図７(a)に示されるように、例えば、図１における造形タンク１０４内には、リコーターユニット１０３によりコーティングされた粉末層(粉末：砂)２０に対して、プリントヘッドユニット２１(２３)により結合剤を塗布して造型した鋳型１０と共に、結合剤が塗布されずに残った粉末層(粉末：砂)２０が含まれる。
【００９１】
ここで、結合剤の塗布は、例えば、鋳型の下部の熱伝導率が高く、上部の熱伝導率が低くなるように、第１および第２結合剤２２Ａ，２２Ｂの比率(混合比)を制御して行う。すなわち、例えば、第１および第２結合剤２２Ａ，２２Ｂの溶媒が同じて混ざり易く、粉末層２０に第１結合剤２２Ａを塗布すると熱伝導率が高い造形物(鋳型)１０となり、粉末層２０に第２結合剤２２Ｂを塗布すると熱伝導率が低い造形物となる場合には、高さ方向(Ｚ軸方向)の下部ほど第１結合剤２２Ａの比率が大きくなり、上部ほど第２結合剤２２Ｂの比率を大きくなるように、第１および第２結合剤２２Ａ，２２Ｂの比率を連続的に制御して、粉末層２０に対する結合剤の塗布を行う。
【００９２】
なお、粉末層２０に塗布する第１および第２結合剤２２Ａ，２２Ｂの比率の制御は、Ｚ軸方向で変化させるのに限定されるものではなく、Ｘ−Ｙ軸平面、すなわち、同一の粉末層２０における造形物の平面位置で変化させることもでき、例えば、鋳型の前方と後方で熱伝導率を変えることも可能であり、さらに、鋳型の中心部分と表面部分で熱伝導率を変えることも可能である。
【００９３】
図８は、本発明に係るプリントヘッドユニットの第３実施例を説明するための図であり、図９は、図８に示すプリントヘッドユニットにおける処理の一例を説明するための図である。
【００９４】
ここで、図８(a)は、上述した図５(a)に対応し、図８(b)は、上述した図５(b)に対応する。すなわち、図８(a)および図８(b)と図５(a)および図５(b)の比較から明らかなように、第３実施例のプリントヘッドユニットは、結合剤２２Ａ，２２Ｂと共に、洗浄剤２２Ｃも使用できるようになっている。
【００９５】
すなわち、図６を参照して説明したように、第１および第２結合剤２２Ａ，２２Ｂを共通の吐出口２４から吐出する場合、第１および第２結合剤２２Ａ，２２Ｂの比率(混合比)を制御し、その混合比が制御されたが混合結合剤(吐出液)２２Ｄを、粉末層２０に対して塗布することができる。
【００９６】
このとき、例えば、所定の粉末層(２０)に対して第１結合剤２２Ａを塗布した後、次の粉末層(１つ上の粉末層)に対して、第１結合剤２２Ａが混ざらない(殆ど混入しない)第２結合剤２２Ｂを塗布したい場合、すなわち、積層される粉末層の間で、造形物の特性を急激に変化させる必要が有る場合には、図９に示されるように、所定の粉末層に対する第１結合剤２２Ａの塗布が終了した後、洗浄剤２２Ｃによる吐出口２４のクリーニング(洗浄)を行い、その後、次の粉末層に対する第２結合剤２２Ｂの塗布を行う。
【００９７】
なお、洗浄剤２２Ｃによる吐出口２４のクリーニングは、例えば、図１を参照して説明したクリーニングユニット１０７が設けられるクリーニング領域において行うことができる。
【００９８】
或いは、同じ粉末層に対する結合剤の塗布において、所定の領域に対して第１結合剤２２Ａを塗布し、他の領域に対して第２結合剤２２Ｂを塗布したい場合、すなわち、同一平面内の所定の領域と他の領域で造形物の特性を変化させる必要が有る場合には、その結合剤を入れ替える毎に洗浄剤２２Ｃによるクリーニングが必要になるが、実現することが可能になる。
【００９９】
このように、第３実施例のプリントヘッドユニットによれば、例えば、造形物の特性を部分的に変化させたいという要求に従って、(1) 第１結合剤の塗布(２２Ａ塗布)→洗浄剤によるクリーニング(２２Ｃクリーニング)→第２結合剤の塗布(２２Ｂ塗布)→…、(2) ２２Ａ塗布→２２Ｂ塗布→２２Ａ塗布→…→洗浄剤によるクリーニング、(3) ２２Ａ塗布→第１結合剤と第２結合剤の混合剤の塗布(２２Ａ＋２２Ｂ塗布)→２２Ｂ塗布→２２Ａ＋２２Ｂ塗布→…→２２Ｃクリーニング、(4) ２２Ａ塗布→２２Ｃクリーニング→２２Ａ＋２２Ｂ塗布→２２Ｃクリーニング→２２Ｂ塗布→…→２２Ｃクリーニング等の様々な制御を行うことが可能になる。
【０１００】
図１０は、図９に示す処理の変形例を説明するための図であり、図１０(a)は、図９に対してリザーバタンク２４０が追加されており、また、図１０(b)は、図９に対してリザーバタンク２４０および混合タンク２５が追加されている。ここで、図１０(b)において、洗浄剤２２Ｃは、混合タンク２５に供給されるようになっている。
【０１０１】
リザーバタンク２４０は、第１および結合剤２２Ａ，２２Ｂ、或いは、洗浄剤２２Ｃを一時的に貯留するタンクであり、また、混合タンク２５は、第１および第２結合剤２２Ａ，２２Ｂを均一に混ぜ合わせるためのタンクである。なお、混合タンク２５には、例えば、混合比が制御された第１および第２結合剤２２Ａ，２２Ｂを均一に混合するためのかくはん装置が設けられている。
【０１０２】
すなわち、図１０(a)に示されるように、例えば、第１および第２結合剤２２Ａ，２２Ｂは、リザーバタンク２４０に一時的に貯えられ、このリザーバタンク２４０を介して混合された結合剤２２Ａ，２２Ｂまたは洗浄剤２２Ｃが吐出液２２Ｄとして吐出口２４から粉末層２０に塗布される。なお、洗浄剤２２Ｃは、リザーバタンク２４０および吐出口２４等を洗浄することになる。
【０１０３】
また、図１０(b)に示されるように、リザーバタンク２４０と吐出口２４の間に混合タンク２５を挿入し、混合タンク２５により、例えば、混合比が制御された第１および第２結合剤２２Ａ，２２Ｂを均一に混合した後、粉末層２０に対して、吐出口２４から吐出液２２Ｄを塗布してもよい。なお、洗浄剤２２Ｃは、混合タンク２５および吐出口２４等を洗浄することになるが、洗浄剤２２Ｃをリザーバタンク２４０に供給するように構成してもよい。
【０１０４】
図１１は、本発明に係るプリントヘッドユニットの第４実施例を説明するための図である。図１１において、参照符号２３０は結合剤吐出部を示し、また、２６Ａ〜２６Ｃはカートリッジ(貯蔵部)を示す。なお、本実施例は、例えば、第１および第２結合剤２２Ａ，２２Ｂが混ざり難く、第１および第２結合剤２２Ａ，２２Ｂの一方を選択して粉末層２０に塗布するのに適したものである。
【０１０５】
結合剤吐出部２３０は、粉末層２０に対して結合剤を塗布する機能を有する。第１カートリッジ(第１貯蔵部)２６Ａは、第１結合剤２２Ａを貯蔵しており、結合剤吐出部２３０に着脱可能として構成され、また、第２カートリッジ(第２貯蔵部)２６Ｂは、第２結合剤２２Ｂを貯蔵しており、結合剤吐出部２３０に着脱可能として構成されている。さらに、第３カートリッジ(第３貯蔵部)２６Ｃは、洗浄剤２２Ｃを貯蔵しており、結合剤吐出部２３０に着脱可能として構成されている。
【０１０６】
図１１に示されるように、第４実施例のプリントヘッドユニットは、例えば、結合剤吐出部２３０に第１カートリッジ２６Ａを装着することで、粉末層２０に対して、第１カートリッジ２６Ａに貯蔵された第１結合剤２２Ａを塗布することができる。
【０１０７】
さらに、粉末層２０に対して第２結合剤２２Ｂを塗布する場合、まず、結合剤吐出部２３０に第３カートリッジ２６Ｃを装着し、第３カートリッジ２６Ｃに貯蔵された洗浄剤２２Ｃによる吐出口等のクリーニングを行う。
【０１０８】
なお、結合剤吐出部２３０に第３カートリッジ２６Ｃを装着して行う洗浄剤２２Ｃによるクリーニングは、例えば、前述した図１におけるクリーニングユニット１０７が設けられるクリーニング領域において行うことができる。
【０１０９】
そして、吐出口等のクリーニングが終了した後、結合剤吐出部２３０に第２カートリッジ２６Ｂを装着し、第２カートリッジ２６Ｂに貯蔵された第２結合剤２２Ｂを粉末層２０に塗布する。
【０１１０】
ここで、結合剤吐出部２３０に対する第１〜第３カートリッジ２６Ａ〜２６Ｃの着脱処理は、例えば、Ｙ軸方向の端部に設けられたカートリッジ着脱領域で行うことができる。
【０１１１】
上述したように、本発明に係る各実施例によれば、様々な結合剤を使用するプリントヘッドユニットおよびそのプリントヘッドユニットを使用した三次元積層造形装置により形成されて造形物の特性を部分的に変化させることが可能になる。
【０１１２】
また、本発明は、例えば、粉末として砂を使用して造型された鋳型を始めとして、部分的に異なる特性が要求される様々な造形物を形成するためのプリントヘッドユニット、三次元積層造形装置、三次元積層造形方法および造形物に対して幅広く適用することができる。
【０１１３】
例えば、粉末として金属粉末を使用し、結合剤を塗布して造形物を形成した後、その造形物を焼結して金属造形物を得るためのプリントヘッドユニット、三次元積層造形装置、三次元積層造形方法および金属造形物に対しても適用することができる。
【０１１４】
以上において、第１結合剤(第１液体)２２Ａおよび第２結合剤(第２液体)２２Ｂ、すなわち、粉末層２０に対して塗布する少なくとも異なる２種類の結合剤(液体)としては、様々なものが有り、これらの結合剤は、様々な粉末(粉末層)に対して塗布され、それぞれ特有の特性を有する造形物が形成される。
【０１１５】
具体的に、粉末として砂を使用して鋳型を造型する場合、例えば、水ガラス系の結合剤とフラン系の結合剤では、一般的に、水ガラス系の結合剤の方がフラン系の結合剤よりも熱伝導率が高い。
【０１１６】
そこで、例えば、前述した第１結合剤２２Ａとして水ガラス系の結合剤を適用し、第２結合剤２２Ｂとしてフラン系の結合剤を適用することにより、図７(a)を参照して説明したような熱伝導率の制御を行うことができる。
【０１１７】
また、例えば、前述した第１結合剤２２Ａとして結合剤＋黒鉛微粒子(または、金属微粒子)を適用し、第２結合剤２２Ｂとして結合剤のみを適用することでも、図７(a)を参照して説明した熱伝導率の制御が可能になる。
【０１１８】
ここで、第１結合剤(第１液体)２２Ａとしては、結合剤＋黒鉛微粒子ではなく、黒鉛微粒子を吐出口２４から吐出するための液体、すなわち、結合剤としての機能を持たない黒鉛微粒子混合液とすることもできる。
【０１１９】
さらに、熱伝導率ではなく、例えば、造形物の崩壊性を部分的に変化させるのが好ましい場合も考えられる。具体的に、例えば、造形物が鋳型の場合、鋳造された製品の奥まった個所で、型バラシの際に残ってしまいがちな部分では、鋳型の強度を低下させる(崩壊性を大きくする)のが好ましい。
【０１２０】
或いは、造形物の外面(表面)や微細な形状の部分では、強度を持たせ、その他の部分では、容易に型バラシできるように、強度を低下させるのが好ましい。このように、造形物の崩壊性(強度)を部分的に変化させるには、例えば、含有される有機成分が異なる複数の結合剤を適用すればよい。
【０１２１】
また、粉末層２０は、例えば、リコーターユニット１０３により造形テーブル１４１上にコーティングされるが、このリコーターユニット１０３が使用する粉末の種類や粒径、または、コーティングされる粉末層の厚さ、或いは、粉末に添加する添加材の種類、若しくは、インクジェットヘッドが結合剤を吐出する吐出量といった様々な組み合わせを考慮して、上述した少なくとも異なる２種類の結合剤が選択される。
【０１２２】
具体的に、リコーターユニットが使用する粉末としては、例えば、ポリスチレン樹脂、ナイロン(ポリアミド)樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル(ＰＭＭＡ：ポリメタクリル酸メチル)樹脂、ＰＥＥＫ(ポリエーテルエーテルケトン)樹脂、ガラスフィラーの入った有機樹脂、カーボンファイバーの入った有機樹脂、微粒状ワックス、鋳物砂、珪酸アルミニウム、石膏、澱粉、石英、Ｔｉ6Ａｌ4Ｖ、ＡｌＳｉ12、ＡｌＳｉ10Ｍｇ、コバルトクロム合金、ニッケル合金、ステンレス合金、鉄、鋼等が挙げられる。
【０１２３】
また、粉末の粒径は、リコーターユニットによりコーティングされる粉末層の厚(例えば、０．０１〜０．５ｍｍ程度)より小さければ制限はないが、例えば、１μｍ〜３００μｍ程度である。
【０１２４】
さらに、本発明に適用される結合剤(バインダー)としては、上述した結合剤の例に限定されるものではなく、粉体材料の種類に応じて自由に変えることが可能であるが、例えば、粉体材料が石膏や澱粉の場合には水を主にした液体を用いることができ、また、通常のインクジェットプリンタで使われる種々の結合剤を使うこともできる。この時、染料や顔料を使用して結合剤を染色することもできる。
【０１２５】
また、結合剤としては、例えば、有機エステル、フルフリルアルコール、ポリイソシアネート、或いは、ポリイソシアネートと３級アミン類とを混ぜたもの等が挙げられる。また、フルフリルアルコールとホルムアルデヒドとを混ぜたもの、場合によってはこれらのフルフリルアルコールとホルムアルデヒドとに尿素を混ぜたものを用いることもできる。なお、結合剤の吐出量は、その結合剤の種類や、１回の吐出でどの程度の大きさの粉末を固めるかによって異なるが、例えば、１ｐｌ〜２００ｐｌとすることができる。
【０１２６】
そして、添加剤としては、結合剤の種類によって様々なものが選択されるが、例えば、添加剤が有機エステルであれば、珪酸ソーダやアルカリフェノールを用いることでき、また、バインダ液がフルフリルアルコールであれば、リン酸、硫酸、パラトルエンスルホン酸、キシレンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸等の酸を触媒としたものを用いることができ、場合によっては、これらの酸に加えてフェノール樹脂を添加することもできる。
【０１２７】
さらに、結合剤がフルフリルアルコールとホルムアルデヒドを混ぜたものであれば、尿素や酸を触媒とした添加剤を使用することもでき、結合剤がポリイソシアネートであれば、アルキド樹脂と金属石鹸とを混ぜたものやアミンポリオール樹脂と金属石鹸を混ぜた添加剤を使用することもできる。また、結合剤が、ポリイソシアネートと３級アミン類とを混ぜたものであれば、添加剤として、ベンジリックエーテル型フェノール樹脂を用いることができる。
【０１２８】
以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものであり、特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではない。また、明細書のそのような記載は、発明の利点および欠点を示すものでもない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。
【符号の説明】
【０１２９】
１０    造形物(鋳型)
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１２，１２Ａ，１２Ｂ、１３，１３Ａ，１３Ｂ    レール
２０    粉末層(造形領域)
２０Ａ，２０Ａ’，２０Ｂ    退避領域
２１    インクジェットヘッド
２１Ａ    インクジェットヘッド(第１インクジェットヘッド部)
２１Ｂ    インクジェットヘッド(第２インクジェットヘッド部)
２２Ａ    結合剤(第１結合剤：第１液体)
２２Ｂ    結合剤(第２結合剤：第２液体)
２２Ｃ    洗浄剤
２２Ｄ    吐出液
２３    インクジェットヘッド(ラインヘッド)
２３Ａ    ラインヘッド(第１インクジェットヘッド部)
２３Ｂ    ラインヘッド(第２インクジェットヘッド部)
２４    吐出口
２５    混合タンク
２６Ａ    第１カートリッジ(第１貯蔵部)
２６Ｂ    第２カートリッジ(第２貯蔵部)
２６Ｃ    第３カートリッジ(第３貯蔵部)
１００    三次元積層造形装置
１０１    制御用コンピュータ
１０２    プリントヘッドユニット
１０３    リコーターユニット
１０４    造形タンク
１０５    昇降装置
１０６    粉末供給ホッパーユニット
１０７    クリーニングユニット
１０８    薬品ユニット
１２１    インクジェットヘッド
１３１    リコータ内ホッパー
１３２    ブレード
１４１    造形テーブル
２３０    結合剤吐出部
２４０    リザーバタンク
【図１】
2015141782.tif 000003
【図２】
2015141782.tif 000004
【図３】
2015141782.tif 000005
【図４】
2015141782.tif 000006
【図５】
2015141782.tif 000007
【図６】
2015141782.tif 000008
【図７】
2015141782.tif 000009
【図８】
2015141782.tif 000010
【図９】
2015141782.tif 000011
【図１０】
2015141782.tif 000012
【図１１】
2015141782.tif 000013
【国際調査報告】
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