(57)【要約】【課題】  多孔質の３次元構造体を、材料を変更することなく高密度化し、かつ透明化することができる３次元構造体の製造方法を提供すること。【解決手段】  （ｉ）素材用樹脂の粉体を用いた積層造形法により３次元構造体の原型を形成する工程と、（ii）流動性素材で前記３次元構造体の原型を包む工程と、（iii）流動性素材を固形化して、外包体を作成する工程と、（iv）３次元構造体の原型を溶融する工程と、（ｖ）外包体の内部で溶融している素材用樹脂を固化する工程とを有する。【選択図】  図２
2005238488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）素材用樹脂の粉体を用いた積層造形法により３次元構造体の原型を形成する工程と、
（ii）流動性素材で前記３次元構造体の原型を包む工程と、
（iii）前記流動性素材を固形化して、外包体を作製する工程と、
（iv）前記３次元構造体の原型を溶融する工程と、
（ｖ）前記外包体の内部で溶融している素材用樹脂を固化する工程とを有することを特徴とする３次元構造体の製造方法。
【請求項２】
前記（ii）の工程において、前記原型の一部が露出するように該原型を包むことにより前記外包体に開口を形成することを特徴とする請求項１記載の３次元構造体の製造方法。
【請求項３】
素材用樹脂の粉体を用いた積層造形法により作製した３次元構造体の原型の溶融を介して高密度化を図る３次元構造体の製造方法であって、
流動性素材で前記３次元構造体の原型を包み、前記流動性素材を固化して外包体を形成し、前記外包体内で前記溶融によって減少する原型の体積分を素材用樹脂によって補充し、前記外包体内の素材用樹脂を固化して３次元構造体を作製することを特徴とする３次元構造体の製造方法。
【請求項４】
前記流動性素材で前記３次元構造体の原型を包んだ後に、前記３次元構造体の原型に接触するようにダミー構造体を付加することを特徴とする請求項３記載の３次元構造体の製造方法。
【請求項５】
前記３次元構造体の原型の作製とともにダミー構造体が前記３次元構造体の原型と一体的に作製され、前記流動性素材で前記３次元構造体の原型とともに前記ダミー構造体を包むことを特徴とする請求項３記載の３次元構造体の製造方法。
【請求項６】
前記ダミー構造体は前記３次元構造体の原型の材料と同じ材料であり、かつ前記溶融によって減少する原型の体積分を補充する素材用樹脂として前記ダミー構造体を用いることを特徴とする請求項４又は５の何れか一に記載の３次元構造体の製造方法。
【請求項７】
前記外包体を形成する前に前記流動性素材から前記ダミー構造体の一部が露出するようにしておき、前記外包体を形成したときに前記外包体に開口が形成されるようにすることを特徴とする請求項４乃至６の何れか一に記載の３次元構造体の製造方法。
【請求項８】
前記溶融によって減少する原型の体積分を補充する素材用樹脂として、前記３次元構造体の原型の材料と同じダミー構造体に加えて、前記開口より新たに補充する、前記３次元構造体の原型の材料と同じ素材用樹脂を用いることを特徴とする請求項７記載の３次元構造体の製造方法。
【請求項９】
前記外包体から前記ダミー構造体を除去することにより、前記外包体に開口と、該開口に接続し、前記３次元構造体に繋がる空洞とを形成し、該空洞に前記素材用樹脂を補充することを特徴とする請求項４記載の３次元構造体の製造方法。
【請求項１０】
前記開口より、又は前記空洞に補充する素材用樹脂は、粉体の素材用樹脂、若しくは固化した素材用樹脂を粉砕したものであることを特徴とする請求項８又は９の何れか一に記載の３次元構造体の製造方法。
【請求項１１】
前記３次元構造体の原型と併せて、前記溶融によって減少した原型の体積分を補充する素材用樹脂を溶融することを特徴とする請求項３乃至１０の何れか一に記載の３次元構造体の製造方法。
【請求項１２】
前記３次元構造体の原型と前記溶融によって減少する原型の体積分を補充する素材用樹脂の質量の和が、前記３次元構造体の体積と前記素材用樹脂の密度との積に等しいか、若しくはそれよりも大きいことを特徴とする請求項３乃至１１の何れか一に記載の３次元構造体の製造方法。
【請求項１３】
前記素材用樹脂が溶融するまでに、前記外包体の周囲を減圧して、前記外包体内部の３次元構造体の原型内に残留するガス、或いは前記溶融している素材用樹脂に含まれるガスを排出することを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一に記載の３次元構造体の製造方法。
【請求項１４】
前記素材用樹脂の固化が始まる前に、前記外包体の周囲の圧力を上げて、前記溶融した素材用樹脂を前記３次元構造体の原型の転写跡に行き渡らせることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか一に記載の３次元構造体の製造方法。
【請求項１５】
流体を用いて、前記溶融した素材用樹脂、若しくは前記溶融した素材用樹脂と前記外包体の両方を冷却することを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一に記載の３次元構造体の製造方法。
【請求項１６】
前記流動性素材は硬化時に膨張を生じる素材であることを特徴とする請求項１乃至１５の何れか一に記載の３次元構造体の製造方法。
【請求項１７】
前記流動性素材は石膏であることを特徴とする請求項１乃至１６の何れか一に記載の３次元構造体の製造方法。
【請求項１８】
前記素材用樹脂は透明であることを特徴とする請求項１乃至１７の何れか一に記載の３次元構造体の製造方法。
【請求項１９】
前記透明な素材用樹脂は、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、メタクリル−スチレン共重合樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合樹脂、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、又は環状ポリオレフィンのうち何れか一であることを特徴とする請求項１８記載の３次元構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元構造体の製造方法、より詳しくは、樹脂粉末を用いた選択的レーザ焼結 (ＳＬＳ:Selective Laser Sintering) 造形法などにより形成した多孔質の３次元構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
試作品や金型など３次元構造体の製作に、積層造形法（ＲＰ：Rapid Prototyping）が用いられるようになっている。積層造形法は立体形状を薄く輪切りにした形の板状層を順に積層して全体の形を形成する方法である。このような積層造形法の主なものに、光造形法、粉末結合法、樹脂押出し法などがある。
【０００３】
これらのうち、粉末結合法では、特に、金属粉末や樹脂粉末を用いた選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）造形法がよく用いられている。選択的レーザ焼結造形法では、熱可塑性の樹脂の粉末層や金属粒子にバインダを混練した粉末層を形成した後、レーザで走査して、粉末粒子の表面やバインダを溶融し、各粉末粒子を相互に付着させて固化し、次いで、その固化した粉末層の上にさらに粉末層を積層し、固化して全体の形を形成する。
【０００４】
また、樹脂押出し法では、熱可塑性の樹脂を加熱し、溶融状態でノズルから連続して線状に吐出し、各線状樹脂を相互に付着させて所望の面全体に敷きつめ、硬化させて所望の形状の板状層を形成する。その板状層の上にさらに所望の形状の板状層を順に積層して全体の形を形成する。
【０００５】
粉末を用いた選択的レーザ焼結造形法などは、光造形法などと比較すると、造形する材料を比較的広範囲に選べる点で優れている。この選択的レーザ焼結造形法などによって試作品を作製することにより、通常、型を作製して射出成形などの方法により作製した樹脂製品のテストを、高価で時間のかかる型の作製以前に行うことができるという利点がある。
【０００６】
これらの技術は、特許文献１、２や、非特許文献１などに記載されている。
【特許文献１】米国特許４９３８８１６号
【特許文献２】米国特許５１３２１４３号
【非特許文献１】積層造形技術資料集  丸谷洋二，早野誠治，今中瞑著、オプトロニクス社発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、粉末を用いた選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）造形法などにより作成された３次元構造体は、粉同士の表面が溶着しただけの状態による造形であるため多孔質であり、密度が低い。
【０００８】
このため、たとえ製品と全く同じ材料で試作品を造形したとしても、力学的強度やガス透過性などの構造体の物理的、又は化学的性質は製品になるであろう忠実な射出成形品とは全く異なり、試作品を造形することによって、製品の特性を評価することは困難であった。
【０００９】
また、粉末を用いた選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）造形法などにより作製された３次元構造体（図１（ａ））は、多孔質であるために、図１（ｂ）に示されるように、３次元構造体内部のいたるところに空孔の空気と素材用樹脂の間の屈折率境界が存在する。このような３次元構造体内に光が進入した場合、いたるところに存在する屈折率境界で屈折や反射を生じるため、たとえ素材用樹脂が透明な樹脂であっても、このような３次元構造体は不透明になる。従って、血管のモデルや自動車のエンジンのモデルなど、外部から３次元構造体の内部観察ができる便利な用途に応用することも困難であった。
【００１０】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、積層造形法、特に選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）造形法などを用いて製作された多孔質の３次元構造体を、材料を変更することなく高密度化し、かつ透明化することができる３次元構造体の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した課題を解決するため、第１の発明は、３次元構造体の製造方法に係り、（ｉ）素材用樹脂の粉体を用いた積層造形法により３次元構造体の原型を形成する工程と、（ii）流動性素材で前記３次元構造体の原型を包む工程と、（iii）前記流動性素材を固形化して、外包体を作製する工程と、（iv）前記３次元構造体の原型を溶融する工程と、（ｖ）前記外包体の内部で溶融している素材用樹脂を固化する工程とを有することを特徴とし、
第２の発明は、第１の発明に記載の３次元構造体の製造方法に係り、前記（ii）の工程において、前記原型の一部が露出するように該原型を包むことにより前記外包体に開口を形成することを特徴とし、
第３の発明は、３次元構造体の製造方法に係り、素材用樹脂の粉体を用いた積層造形法により作製した３次元構造体の原型の溶融を介して高密度化を図る３次元構造体の製造方法であって、流動性素材で前記３次元構造体の原型を包み、前記流動性素材を固化して外包体を形成し、前記外包体内で前記溶融によって減少する原型の体積分を素材用樹脂によって補充し、前記外包体内の素材用樹脂を固化して３次元構造体を作製することを特徴とし、
第４の発明は、第３の発明に記載の３次元構造体の製造方法に係り、前記流動性素材で前記３次元構造体の原型を包んだ後に、前記３次元構造体の原型に接触するようにダミー構造体を付加することを特徴とし、
第５の発明は、第３の発明に記載の３次元構造体の製造方法に係り、前記３次元構造体の原型の作製とともにダミー構造体が前記３次元構造体の原型と一体的に作製され、前記流動性素材で前記３次元構造体の原型とともに前記ダミー構造体を包むことを特徴とし、
第６の発明は、第４又は第５の発明の何れか一に記載の３次元構造体の製造方法に係り、前記ダミー構造体は前記３次元構造体の原型の材料と同じ材料であり、かつ前記溶融によって減少する原型の体積分を補充する素材用樹脂として前記ダミー構造体を用いることを特徴とし、
第７の発明は、第４乃至第６の発明の何れか一に記載の３次元構造体の製造方法に係り、前記外包体を形成する前に前記流動性素材から前記ダミー構造体の一部が露出するようにしておき、前記外包体を形成したときに前記外包体に開口が形成されるようにすることを特徴とし、
第８の発明は、第７の発明に記載の３次元構造体の製造方法に係り、前記溶融によって減少する原型の体積分を補充する素材用樹脂として、前記３次元構造体の原型の材料と同じダミー構造体に加えて、前記開口より新たに補充する、前記３次元構造体の原型の材料と同じ素材用樹脂を用いることを特徴とし、
第９の発明は、第４の発明に記載の３次元構造体の製造方法に係り、前記外包体から前記ダミー構造体を除去することにより、前記外包体に開口と、該開口に接続し、前記３次元構造体に繋がる空洞とを形成し、該空洞に前記素材用樹脂を補充することを特徴とし、
第１０の発明は、第８又は第９の発明の何れか一に記載の３次元構造体の製造方法に係り、前記開口より、又は前記空洞に補充する素材用樹脂は、粉体の素材用樹脂、若しくは固化した素材用樹脂を粉砕したものであることを特徴とし、
第１１の発明は、第３乃至第１０の発明の何れか一に記載の３次元構造体の製造方法に係り、前記３次元構造体の原型と併せて、前記溶融によって減少した原型の体積分を補充する素材用樹脂を溶融することを特徴とし、
第１２の発明は、第３乃至第１１の発明の何れか一に記載の３次元構造体の製造方法に係り、前記３次元構造体の原型と前記溶融によって減少する原型の体積分を補充する素材用樹脂の質量の和が、前記３次元構造体の体積と前記素材用樹脂の密度との積に等しいか、若しくはそれよりも大きいことを特徴とし、
第１３の発明は、第１乃至第１２の発明の何れか一に記載の３次元構造体の製造方法に係り、前記素材用樹脂が溶融するまでに、前記外包体の周囲を減圧して、前記外包体内部の３次元構造体の原型内に残留するガス、或いは前記溶融している素材用樹脂に含まれるガスを排出することを特徴とし、
第１４の発明は、第１乃至第１３の発明の何れか一に記載の３次元構造体の製造方法に係り、前記素材用樹脂の固化が始まる前に、前記外包体の周囲の圧力を上げて、前記溶融した素材用樹脂を前記３次元構造体の原型の転写跡に行き渡らせることを特徴とし、
第１５の発明は、第１乃至第１４の発明の何れか一に記載の３次元構造体の製造方法流体を用いて、前記溶融した素材用樹脂、若しくは前記溶融した素材用樹脂と前記外包体の両方を冷却することを特徴とし、
第１６の発明は、第１乃至第１５の発明の何れか一に記載の３次元構造体の製造方法前記流動性素材は硬化時に膨張を生じる素材であることを特徴とし、
第１７の発明は、第１乃至第１６の発明の何れか一に記載の３次元構造体の製造方法前記流動性素材は石膏であることを特徴とし、
第１８の発明は、第１乃至第１７の発明の何れか一に記載の３次元構造体の製造方法前記素材用樹脂は透明であることを特徴とし、
第１９の発明は、第１８の発明に記載の３次元構造体の製造方法前記透明な素材用樹脂は、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、メタクリル−スチレン共重合樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合樹脂、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、又は環状ポリオレフィンのうち何れか一であることを特徴としている。
【００１２】
以下に、上記構成により奏される作用について説明する。
【００１３】
本願発明では、素材用樹脂の粉体を用いた積層造形法により作成した多孔質の３次元構造体の原型を流動性素材で包み、流動性素材を固形化して、外包体を作成している。これにより、外包体内部には、作成すべき３次元構造体の原型の形状がそのまま転写される。更に、外包体内の多孔質の３次元構造体の原型を溶融して素材用樹脂の液体に戻すと、その液体では空気を殆ど含まないようになるため素材用樹脂の密度が増す。
【００１４】
この液状の３次元構造体を固化して形成した固体状の３次元構造体には外包体の形状、即ち原型の形状が転写され、かつその３次元構造体は空孔などを含まない高密度の素材用樹脂で構成される。
【００１５】
しかし、原型を溶融したことによって得られる液状の樹脂の体積は、空孔を含む見かけの体積から空孔を含まない真実の体積になるため、液状の樹脂は原型の形状転写跡の全てを満たすことはできない。この問題を解決する方法４種を以下に示す。
【００１６】
第１の方法として、流動性素材で３次元構造体の原型を包む際に原型の一部若しくは原型に接触するように配置したダミー構造体の一部を露出するように包み、固化したときに外包体に開口が生じるようにする。そして、原型を溶融した際に、原型の転写跡の全てを満たすために、この開口から新たな樹脂を供給する。
【００１７】
第２の方法として、流動性素材で３次元構造体の原型を包むとともに、流動性素材に包まれた３次元構造体の上部に原型に接触するように素材用樹脂と同じ樹脂で構成されるダミー構造体を流動性素材に挿入する。その結果、原型を溶融した際に、原型の転写跡に原型の溶融樹脂が溜まるとともにダミー構造体の溶融樹脂も流入し、原型の転写跡が完全に樹脂で満たされる。
【００１８】
第３の方法として、積層造形法により３次元構造体を作製するとともに、３次元構造体に一体的に接続するダミー構造体を作製し、それらを流動性素材で包むようにする。この場合も同様に、原型を溶融した際に、原型の転写跡に原型の溶融樹脂が溜まるとともにダミー構造体の溶融樹脂も流入し、原型の転写跡が完全に樹脂で満たされる。
【００１９】
第４の方法として、流動性素材で３次元構造体の原型を包むとともに、流動性素材に包まれた３次元構造体の上部に原型に接触するように木材など素材用樹脂と異なる素材で構成されるダミー構造体を流動性素材に挿入する。さらに流動性素材が硬化した後にそのダミー構造体を引き抜き、その後そのダミー構造体を引き抜いた跡に生じる空洞に素材用樹脂（固体）を置く。その結果、原型を溶融する際に、原型の転写跡に原型の溶融樹脂が溜まるとともに空洞に置いた樹脂の溶融樹脂も流入し、原型の転写跡が完全に樹脂で満たされる。
【００２０】
また、流動性素材で外包体を作製する際に原型の一部若しくはダミー構造体の一部を露出するようにして外包体に開口を形成し、３次元構造体の原型を加熱溶融する工程の前において、外包体の周囲及び原型の周囲を減圧することにより、開口を通して多孔質である原型やダミー構造体の内部に残留するガスが排出され、溶融した３次元構造体の素材用樹脂中に気泡が残らないようになり、溶融した素材用樹脂をより一層高密度化することが可能となる。
【００２１】
そして更には、溶融した素材用樹脂を冷却固化する際に、外包体の周囲、及び開口を通して素材用樹脂を逆に加圧することにより、溶融した３次元構造体の素材用樹脂をその転写跡の小さい隙間にまで行き渡らせることができる。これにより、３次元構造体の形状が微細で、複雑であっても、当初予定した形状どおりの３次元構造体を安定して作製することができる。
【００２２】
また、透明な素材用樹脂を用いた場合、本願発明により３次元構造体の素材用樹脂内部に空孔がなくなることにより、原型のような空孔と素材用樹脂の界面の屈折率境界が存在せず、その３次元構造体に入射した光は３次元構造体中を直進するようになる。このため、多孔質の３次元構造体を透明化することもできる。
【００２３】
また、溶融した素材用樹脂を固化させる際に、水や空気などの冷媒を用いて急激に冷却することにより、素材の結晶化を防いでさらに透明度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本願発明によれば、積層造形法により作成した多孔質の３次元構造体の原型を流動性素材で包み込んで外包体を形成し、３次元構造体の原型を溶融することにより、外包体に作成すべき３次元構造体の原型の形状を転写するとともに、３次元構造体の原型の素材用樹脂を高密度化することができる。また、当初透明な素材用樹脂を用いた場合、併せて透明な３次元構造体を作製することができる。
【００２５】
従って、製品と同じ素材で造形を行えば、力学的強度など殆ど同じ材質特性をもつ試作品を作製することができ、最終製品の試作段階での試験を十分に行うことが可能になる。またさらには、透明な構造物を作製することにより、血管など複雑な形状を有する管内の流れの観察を必要とする用途にも、迅速にモデルを供給することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（第１の実施の形態）
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る３次元構造体の製造方法を示すフローチャートである。図３乃至図５は、本発明の第１の実施の形態に係る３次元構造体の製造方法を示す断面図である。これらの図面を参照しながら、本発明の第１の実施の形態に係る３次元構造体の製造方法を説明する。
【００２７】
その３次元構造体の製造方法においては、まず、素材用樹脂からなる多孔質の３次元構造体の原型１１を作製する。この実施の形態では、例えば、図３（ａ）に示すように、一つの球体に、同形の球体を接続したようなものとする。
【００２８】
３次元構造体の原型１１を作製する方法として積層造形法を用いることができるが、特に作製された３次元構造体１１が多孔質になり易い方法として、例えば、粉末結合法、樹脂押出し法などがある。以下にその代表例として、粉末結合法、特に選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）造形法について簡単に説明する。
【００２９】
選択的レーザ焼結造形法では、熱可塑性の樹脂の粉末層を形成した後、レーザで走査して、各粉末粒子表面やバインダを溶融し、各粉末粒子を相互に付着させて固化する。次いで、その固化した層の上にさらに粉末層を積層し、固化して全体の形を形成する。
【００３０】
次いで、流動性素材として石膏で３次元構造体の原型１１を包み込み、更に、固化させて外包体１２を形成する。この結果、３次元構造体の原型１１の形状に沿って形成された外包体１２内部の包壁１２ａに、作製すべき３次元構造体の原型の形状がそのまま転写される。但し、石膏を固形化させる前に、石膏を部分的に除去して、例えば円形状の開口１２ｂと、開口１２ｂと３次元構造体の原型１１とを接続する空洞を形成する。
【００３１】
この開口１２ｂ及びこれに繋がる空洞は、後に、３次元構造体の原型１１から脱ガスする際に、その排気筒として用いたり、また、３次元構造体の原型１１を溶融後、生じた空洞に新たな素材用樹脂を充填する際に、その注入口として用いたりする。
【００３２】
次に、外包体１２の周囲を減圧し、３次元構造体の原型１１内に残留するガスを開口１２ｂ及びこれに繋がる空洞から排出する。
【００３３】
３次元構造体の原型１１内に残留するガスを排出する理由は以下の通りである。即ち、３次元構造体の原型１１は多孔質であり、内部の空孔に空気などのガスを含んでいる。高密度な３次元構造体を形成するためには、内部に空孔を含まないように、より高密度にする必要がある。そのため、多孔質の３次元構造体の原型１１を溶融したときに液状の素材用樹脂内部にガスが残留しないように、予めそのガスを除くことが必要であるからである。
【００３４】
次いで、外包体１２の外部から３次元構造体の原型１１を加熱して溶融する。溶融した液状の素材用樹脂は、多孔質の３次元構造体の原型１１よりも、体積が減少するため、図４（ａ）に示すように、外包体１２内部の包壁１２ａにより囲まれた空間の底部に液状の素材用樹脂１１ａが溜まるとともに、空間の上部に空洞１２ｃが生じる。
【００３５】
次に、図４（ｂ）に示すように、３次元構造体の原型１１の溶融により外包体１２に生じた空洞１２ｃに新たな素材用樹脂１３を注いでいき、作製すべき３次元構造体の原型１１の形状が転写された外包体１２内部の包壁１２ａ内を素材用樹脂１１ａ、１３で満たす。
【００３６】
さらには、外包体１２の周囲の圧力を上げることにより、原型１１の形状が複雑であった場合でも、細部に樹脂１１ａ、１３が押し込まれ、原型１１に極めて忠実な転写を得ることができる。
【００３７】
次いで、外包体１２の内部の３次元構造体の原型１１の形状転写跡に充填された液状の素材用樹脂（高密度な３次元構造体）１４を硬化させる。
最後に、図５に示すように、外包体１２を粉砕して、硬化した３次元構造体１４ａを取り出す。
【００３８】
ここで、素材用樹脂１１ａ、１３として透明な樹脂を用いれば、硬化した３次元構造体１４ａは空孔などを含まず、高密度になっているため、その３次元構造体１４ａに入射した光は反射や屈折を起こさず、３次元構造体１４ａ中を直進するようになり、結果的に３次元構造体１４ａは透明になる。このとき、樹脂の結晶化が進み白濁する虞のある時は、空気や水などの流体を用いて、溶融した素材用樹脂１４と外包体１２の両方を冷却し、温度低下の速度を高めるとよい。
【００３９】
次に、本発明の実施の形態の３次元構造体の製造方法に用い得る素材用樹脂１１ａ、１３の具体例を以下に列記する。
（ｉ）メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）
（ii）メタクリル−スチレン共重合樹脂（ＭＭＡＳ）
（iii）アクリロニトリル−スチレン共重合樹脂（ＡＳ）
（iv）ポリスチレン（ＰＳ）
（ｖ）ポリプロピレン（ＰＰ）
（vi）ポリカーボネート（ＰＣ）
（vii）環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）
（viii）ポリアミド（ＰＡ）
（第１実施例）
次に、素材用樹脂として、上記のうち、ポリスチレンを用いて、本発明の製造方法により３次元構造体を作製し、作製した３次元構造体について密度及び透明度を調査した結果について、以下に説明する。
【００４０】
素材用樹脂として、３Ｄsystems社製のCastForm（商標名）と呼ばれるポリスチレンを用い、同じく３Ｄsystems社製のVangurdHSを用いて、ＳＬＳ造形法により、図６（ａ）に示されるように、３次元構造体の原型２２を作製した。原型２２を造形する際には、最終的に作製したい３次元構造体２２ａと同じ形状を有する原型２２に伴わせてダミー構造体２３も造形して、３次元構造体の原型２２とダミー構造体２３の複合構造体２１を作製する。この場合、必要なダミー構造体２３の量は、例えば、３次元構造体の原型２２とダミー構造体２３の質量の和が、最終的に得ようとする高密度化された３次元構造体２２ａの体積と素材用樹脂の密度との積に等しいか、若しくはそれよりも大きくなるような量とする。
【００４１】
続いて、３次元構造体の原型２２を型枠内にセットして、Ａ級焼石膏（吉野石膏社製）を流し込み、石膏を硬化させて、３次元構造体の原型２２を埋没させた外包体２４を作製する。このとき、複合構造体２１の一部を石膏の外部に露出させ、外包体２４に開口２４ａが生じるようにする。
【００４２】
石膏を硬化し、乾燥した後、外包体２４を真空炉に移す。真空炉では、まず、常温で０．１気圧まで減圧し、減圧状態を維持したまま３次元構造体の原型２２を１８０℃まで加熱して溶融する。その後、温度を維持したまま、一定時間放置する。この間、ダミー構造体２３及び原型２２を構成している樹脂は溶融して、これらの転写跡に流入し、下方から溜まっていき、最終的には原型形状の全てを満たす。なお、実験では、この炉内放置時間に関し、４、７、１１時間と変化させて３次元構造体２２ａの密度や透明度の違いを比較した。
【００４３】
最後に、炉内圧力を大気圧に戻した後に、溶融した素材用樹脂を容れた外包体を炉から取り出して冷却し、素材用樹脂を硬化させる。これにより、所望の形状の３次元構造体２２ａが作製される。
【００４４】
次に、上記のようにして作製された３次元構造体２２ａについて、密度や透明度を調査した。その結果を以下に説明する。
【００４５】
（ａ）密度の調査結果
炉内放置時間が１１時間の試料に関し、表面を磨いて目視観察を行ったところ、内部が透き通り、光学的にも内部が均質になっていることが確認された。また、内部に気泡を見いだすことができず、３次元構造体の原型２２にあった空孔は殆ど繋がっていた。このことから、十分な排気を行うことができたことが確認された。
【００４６】
続いて、密度を測定したところ、1.051g/cm3であり、典型的なポリスチレンの密度が得られた。なお、３次元構造体の原型２２の密度は0.371 g/cm3であった。
このように、この発明の製造方法によれば、ＳＬＳ造形法を用いても、高密度な３次元構造体２２ａを得ることができた。
【００４７】
（ｂ）透明度の調査結果
本実施例では、素材用樹脂として、CastForm（３Ｄ systems）を用いた。この樹脂は、ポリスチレンを主材料としており、ポリスチレンは透明な樹脂であることから、高密度化された場合、構造体２２ａは透明になる。これを調べるため、炉内放置時間が４、７、１１時間の試料に関し、炉内から石膏からなる外包体から取り出した後、機械加工により、１０ｍｍ□の角柱に切り出して透明度の試験を行った。
【００４８】
それらの試料について目視観察したところ、１１時間及び７時間のものは、４時間のものに比べて、肉眼では若干黄色に着色しているように見えたが、４２０、４６０、５１０、５４０、６００ｎｍの５つの波長の光を用いて透過率を測定したところ、有意差はなかった。例えば、波長５４０ｎｍでの透過率は、４、７、１１時間の試料について、５９、５３、６３％であり、大きな差はなかった。なお、透過率の測定器として、ＡＰＥＬ社製の光電比色計ＡＰ−１０１を用いた。
【００４９】
以上のように、本発明の第１の実施の形態によれば、多孔質の３次元構造体の原型２２を基にして、原型と同じ形状の或いは所望の形状の高密度で、透明な３次元構造体２２ａを得ることができる。
【００５０】
このため、高密度で、透明な３次元構造体２２ａの造形が容易となる。また、このような３次元構造体２２ａを、血管のモデルや車などのエンジンのモデルなど、外部から３次元構造体２２ａの内部観察が必要となる用途に用いることが可能となるとともに、電気製品など実際の製品の強度を確認することが可能になる。
（第２の実施の形態）
次に、図８乃至図１０を参照してこの発明の第２の実施の形態について説明する。これらの図は、外包体の形成方法と、原型が溶融して見かけの体積が減少した際に原型転写跡の全てを満たすための樹脂を供給する方法を説明する半透明斜視図である。
【００５１】
なお、以降の工程については、第１の実施の形態に係る３次元構造体の製造方法に準じて行うことができるため、図面を省略している。
【００５２】
第２の実施の形態に係る３次元構造体の製造方法においては、まず、第１の実施の形態で説明した、透明な素材用樹脂の粉体を用いた積層造形法により、図６に示すように、目的とする形状の３次元構造体の原型３１を形成する。次に、この３次元構造体の原型３１に接するように、木材などで構成されるダミー構造体３３を配置する。
【００５３】
次いで、流動性素材で３次元構造体の原型３１とダミー構造体３３を包む。このとき、ダミー構造体３３の一部が露出するようにする。
【００５４】
この後、流動性素材を固形化して、外包体３２を作製するが、ダミー構造体３３一部が露出しているために、外包体３２には開口３２ａが形成される。
【００５５】
外包体３２が固化したら、図９に示すように、ダミー構造体３３を取り外す。続いて、その跡に生じた空洞３２ｂに、図１０に示すように、原型３１と同じ素材の固体（素材用樹脂）３４を必要量だけ充填する。このとき、固体として、劣化してＳＬＳに使用できなくなった粉末を使用することにより、本プロセスから発生する廃棄物を低減することもできる。また、必要な固体３４の量は、例えば、３次元構造体の原型３１と固体３４の質量の和が、最終的に得ようとする高密度化された３次元構造体の体積と素材用樹脂の密度との積に等しいか、若しくはそれよりも大きくなるような量とする。
【００５６】
この後は、第１の実施の形態の、特に第１実施例と同じ手続きを踏むことにより、空孔などを含まず、高密度化された３次元構造体を得ることができる。
【００５７】
以上、実施の形態によりこの発明を詳細に説明したが、この発明の範囲は上記実施の形態に具体的に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】（ａ）は従来例に係る多孔質の３次元構造体を示す斜視図、（ｂ）はその３次元構造体が不透明となる理由を説明する部分拡大図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る３次元構造体の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】（ａ）乃至（ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係る３次元構造体の製造方法を示す断面図（その１）である。
【図４】（ａ）乃至（ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係る３次元構造体の製造方法を示す断面図（その２）である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る３次元構造体の製造方法を示す断面図（その３）である。
【図６】（ａ）乃至（ｂ）は本発明の第１の実施の形態の第１実施例に係る３次元構造体の製造方法を示す斜視図（その１）である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の第１実施例に係る３次元構造体の製造方法を示す斜視図（その２）である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る３次元構造体の製造方法を示す斜視図（その１）である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る３次元構造体の製造方法を示す斜視図（その２）である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る３次元構造体の製造方法を示す斜視図（その３）である。
【符号の説明】
【００５９】
１、１１、２２、３１  目的とする形状の多孔質の３次元構造体の原型
１ａ  目的とする形状の多孔質の３次元構造体の原型の拡大対象部分
１ｂ  目的とする形状の多孔質の３次元構造体の原型の素材樹脂粒
１ｃ  目的とする形状の多孔質の３次元構造体の原型の空孔
２ａ，２ｂ  目的とする形状の多孔質の３次元構造体に入射する光線
１１ａ  素材用樹脂
１２、２４、３２  外包体
１２ａ  外包体の内壁
１２ｂ、２４ａ、３２ａ  外包体の開口
１２ｃ、３２ｂ  空洞
１３  新たな素材用樹脂
１４  高密度な３次元構造体（液状の素材用樹脂）
１４ａ  硬化した高密度な３次元構造体
２１  ３次元構造体の原型とダミー構造体との複合構造体
２３、３３  ダミー構造体
３４  固体（素材用樹脂）
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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