(57)【要約】【課題】造形された三次元造形物を破損させたり変形させたりすることなく、サポート材を容易かつ速やかに除去することが可能な三次元造形装置、三次元造形方法および造形材を提供する。【解決手段】三次元造形装置は、造形ステージ上に第１および第２造形材の少なくとも一方を吐出してモデル領域およびサポート領域の少なくとも一方からなる造形材層を形成させる処理を繰り返し、複数の造形材層を積層することにより三次元造形物を造形させる。第２造形材は、融点の異なる少なくとも２種類の熱可塑性材料を含み、マイクロ波の照射を受けて発熱し、１種類の熱可塑性材料を含む場合と比べて急峻に融解する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形ステージと、
前記造形ステージに向けて、三次元造形物を構成するための第１造形材であるモデル材を吐出することによって、造形材層のモデル領域を形成する第１吐出ヘッドと、
前記造形ステージに向けて、前記三次元造形物の造形中に前記第１造形材を支持するための第２造形材であるサポート材を吐出することによって、造形材層のサポート領域を形成する第２吐出ヘッドと、
前記造形ステージ、および、前記第１および第２吐出ヘッドのうち少なくとも一方を、両者の相対距離を可変に支持する支持機構と、
前記第１および第２吐出ヘッドおよび前記支持機構を制御し、前記造形ステージ上に前記第１および第２造形材の少なくとも一方を吐出して前記モデル領域およびサポート領域の少なくとも一方からなる造形材層を形成させる処理を繰り返し、複数の造形材層を積層することにより三次元造形物を造形させる制御部と、
を備え、
前記第２造形材は、融点の異なる少なくとも２種類の熱可塑性材料を含み、マイクロ波の照射を受けて発熱し、１種類の熱可塑性材料を含む場合と比べて急峻に融解する、
三次元造形装置。
【請求項２】
造形された前記三次元造形物にマイクロ波を照射することにより、当該三次元造形物に含まれる前記第２造形材を当該第２造形材の融点以上に加熱して融解させるマイクロ波照射装置を備える請求項１に記載の三次元造形装置。
【請求項３】
造形ステージに向けて、三次元造形物を構成するための第１造形材であるモデル材を吐出することによって、造形材層のモデル領域を形成し、
前記造形ステージに向けて、前記三次元造形物の造形中に前記第１造形材を支持するための第２造形材であるサポート材を吐出することによって、造形材層のサポート領域を形成し、
前記造形ステージ上に前記モデル領域およびサポート領域の少なくとも一方からなる複数の造形材層を積層することにより三次元造形物を造形し、
前記第２造形材は、融点の異なる少なくとも２種類の熱可塑性材料を含み、マイクロ波の照射を受けて発熱し、１種類の熱可塑性材料を含む場合と比べて急峻に融解する、
三次元造形方法。
【請求項４】
造形された前記三次元造形物にマイクロ波を照射することにより、当該三次元造形物に含まれる前記第２造形材を当該第２造形材の融点以上に加熱して融解させる請求項３に記載の三次元造形方法。
【請求項５】
三次元造形物の造形中に、当該三次元造形物を構成するためのモデル材を支持するためのサポート材として使用される造形材であって、
融点の異なる少なくとも２種類の熱可塑性材料を含み、マイクロ波の照射を受けて発熱し、１種類の熱可塑性材料を含む場合と比べて急峻に融解する、
造形材。
【請求項６】
常温で固体であり、第１融点を有する第１熱可塑性材料と、
常温で液体であり、前記第１融点より低い第２融点を有する第２熱可塑性材料と、
を含む請求項５に記載の造形材。
【請求項７】
前記第１および第２熱可塑性材料は、分子内に極性基を有する請求項６に記載の造形材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形装置、三次元造形方法および造形材に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元の立体物（以下「三次元造形物」）を造形する技術として、ラピッド・プロトタイピング（ＲＰ：Rapid Prototyping）または付加製造（ＡＭ：Additive manufacturing）と呼ばれる技術が知られている。この技術は、１つの三次元造形物の表面を３角形の集まりとして記述したデータ（ＳＴＬ（Standard Triangulated Language）フォーマットのデータ）により、積層方向について薄く切った断面形状を計算し、その形状に従って各層を形成して三次元造形物を造形する技術である。また、三次元造形物を造形する手法としては、粉体積層方式（Binder Jetting）、インクジェット方式（Material Jetting）、熱溶融方式（Material Extrusion）、シート積層方式（Sheet Lamination）、光造形方式（Vat Photopolymerization）、粉末焼結方式（Powder Bed Fusion）などが知られている。
【０００３】
インクジェット方式による三次元造形方法としては、例えば、造形ステージに対してインクジェットヘッドから選択的に例えば光硬化性樹脂のモデル材を吐出する工程、その表面を平滑化する工程、および当該モデル材を硬化させる工程（光硬化性樹脂の場合は光照射工程）によって一層分の造形材層（硬化層）を形成し、この造形材層を複数積層して三次元造形物を造形する技術が提供されている。このような方式によれば、造形対象物の三次元形状に基づいてモデル材を微小な液滴（液滴径：数十［μｍ］）として吐出することにより高精細な造形材層が形成されるため、これを積層することにより高精細な三次元造形物を造形することができる。また、インクジェットヘッドとして、複数の吐出ノズルが配列された副走査を不要とする長さを有するインクジェットヘッド（いわゆるラインヘッド）を使用することによって、大きな三次元造形物であっても比較的短時間で造形できるように工夫がされている。
【０００４】
熱溶融方式による三次元造形方法としては、例えば、熱可塑性樹脂を加熱により液状化させ、ディスペンサーノズルから吐出して一筆書きのようにして積層して三次元造形物を造形する技術が提供されている。このような方式によれば、工業製品に一般的に使用されているＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂）やＰＣ樹脂（ポリカーボネート）、バイオプラスチックとして近年注目されているPLA樹脂（ポリ乳酸樹脂）を用いた三次元造形物を造形することができる。
【０００５】
また、上記三次元造形方法では、造形ステージに対して、三次元造形物の造形中にモデル材を支持するサポート材を供給する。サポート材は、例えば造形対象物がオーバーハングする部分（張り出し部分）を有している場合等に、モデル材の外周や内周に設けられ、三次元造形物の造形が完了するまでオーバーハング部分を支持する。サポート材は、三次元造形物の造形が完了した後に除去される。
【０００６】
特許文献１には、メッシュ状のシート材（支持体）に、一部裏面に通過するように三次元物体形成材料を配置し、そのシート材を重ね合わせて積層し、さらに加圧・接合して造形を行う技術が開示されている。また、特許文献１には、マイクロ波を照射して、三次元物体形成材料が配置されていない不要部分を除去することが開示されている。
【０００７】
特許文献２には、モデル材とサポート材との分離を容易にするために、モデル材とサポート材との境界面に第２のサポート材を吐出し、剥離層として作用させるようにしたインクジェット方式の三次元造形装置が記載されている。また、特許文献２には、電磁波の吸収係数の大きいフィラー（カーボン粒子）が第２のサポート材に添加されており、５００［ｋＨｚ］の電磁波を照射する誘導加熱によりフィラーを加熱して第２のサポート材を間接的に昇温すなわち溶融させて除去することが開示されている。また、特許文献２には、第２のサポート材を除去した後に、サポート材を破壊して除去することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２６４２５８号公報
【特許文献２】特開２００４−２５５８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、三次元造形物を造形するにあたっては、積層方向について薄く切った造形対象物（立体物）の断面形状を計算し、その形状に従って下層から順に形成して積層するのが一般的である。下層よりも上層に行くほど断面形状が小さくなるような形状、例えばピラミッド構造のような形状であれば、最終的に三次元造形物を構成するモデル領域を形成するモデル材のみで積層していくことが可能である。しかし、例えば球体構造を造形しようとしたとき、最大直径となる中心部よりも下層部分では、上層に行くほど形状が大きくなるオーバーハング部分を有する。このようなオーバーハング部分を造形するときは、端部付近のモデル材を重力方向に支持するものがないため、モデル領域を支持し、最終的に三次元造形物から除去されるサポート領域（除去対象領域）が必要になる。
【００１０】
粉体積層方式（インクジェットバインダー方式）や粉末焼結方式により三次元造形物を造形する場合には、層状に敷き詰められた粉体層のうちモデル領域に対してバインダーを吐出したり、高出力のレーザービームの照射により当該モデル領域を直接焼結したりするため、モデル領域以外の粉体層がサポート領域の役割をすることとなる。そのため、粉体積層方式や粉末焼結方式では、サポート領域を形成するために別途サポート材を用意することなく、あらゆる形状の三次元造形物を造形することができる。
【００１１】
また、光造形方式により三次元造形物を造形する場合には、敷き詰められた光硬化性の樹脂液層のうちモデル領域に対して光の照射を行い、硬化させていく。光造形方式では、硬化させていくモデル領域以外の樹脂液層に若干の流動性があるため、モデル領域を支持する必要が全くないとは言えないが、例えば球体程度の三次元造形物であれば特別にモデル領域を支持するためのサポート領域を形成する必要はない。また、熱溶融方式により三次元造形物を造形する場合には、熱可塑性樹脂を加熱により液状化させ、ディスペンサーノズルから吐出して一筆書きのようにして積層していく。熱溶融方式では、ディスペンサーノズルから吐出された樹脂は、ほぼ瞬時に冷却して硬化するため、ある程度のオーバーハング部分であればモデル領域を支持するサポート領域の形成を必要としない。しかし、光造形方式や熱溶融方式により三次元造形物を造形する場合であっても、オーバーハング部分が、大面積を持つ場合や、先端が重くなるような形状をしている場合にはモデル領域を支持するサポート領域が必要となる。このため、これらの方式では、必要な部分に光の照射を行い、またはディスペンサーノズルから樹脂を吐出してサポート領域を別途作ることが行われている。このようなサポート領域は、三次元造形物の造形が完了した後に、ニッパなどで除去される。この場合、光造形方式では、樹脂液を複数種類使い分けることができないため、必然的にサポート領域とモデル領域とは同じ材質となってしまう。その一方、熱溶融方式により三次元造形物を造形する場合は、複数の吐出ノズルを用いて、モデル領域およびサポート領域のそれぞれに対して熱可塑性樹脂を打ち分けることができるため、サポート材とモデル材とを異なる材料で構成することができる。
【００１２】
一方、インクジェット方式により三次元造形物を造形する場合には、微小な液滴（モデル材）を一滴ずつ吐出して光照射などにより硬化させて造形していくため、わずかなオーバーハング部分であっても微小な液滴を保持することはできない。つまり、三次元造形物の造形中にモデル領域を支持するためのサポート領域を配置する必要がある。
【００１３】
また、サポート領域は、三次元造形物の造形後にモデル領域と分離する必要があるため、サポート材はモデル材とは異なる材料である必要がある。例えば、モデル材と同じ光硬化性樹脂であるものの、圧力を加えると簡単に崩れてしまうような柔らかい素材をサポート材として採用し、サポート領域を含む三次元造形物に対して水圧などを加えることによって当該サポート領域をモデル領域から分離（破壊除去）する。または、熱可塑性のワックス（いわゆる蝋）をサポート材として採用し、サポート領域を含む三次元造形物を加熱炉に放置し、サポート材のみを溶融させて当該サポート領域の除去（融解除去）を行う。または、光硬化性樹脂ではあるものの水溶性の素材をサポート材として採用し、サポート領域を含む三次元造形物を水中に放置しておくことによって、サポート材を溶解させて当該サポート領域の除去（水溶除去）を行う。または、アルカリ溶液等の溶剤に溶ける高分子材料をサポート材として採用し、サポート領域を含む三次元造形物を溶剤に浸し、サポート材のみを溶解させて当該サポート領域の除去（溶解除去）を行う。
【００１４】
しかしながら、三次元造形物に対して水圧などを加える等、機械的にサポート領域の除去を行うと、モデル領域を破損させるおそれがあるという問題があった。特に、モデル領域が肉厚の薄い板状部や先端の尖った鋭角形状部を有している場合、これらの部位は強度が弱く破損しやすい。また、モデル領域のうち細かい部分や入り組んだ部分では、物理的にサポート材を除去することが難しいという問題があった。
【００１５】
また、三次元造形物を水中に放置しておくことによって、サポート材を溶解させてサポート領域の除去を行う場合や、三次元造形物を溶剤に浸し、サポート材のみを溶解させてサポート領域の除去を行う場合には、モデル領域が機械的に破損するおそれがなくなる。その一方、サポート材を溶解させるために使用される溶液（水、溶剤）がモデル領域に浸透することにより、モデル領域の物性や形状が変化したり、モデル領域の表面がわずかに分解されることにより当該表面がべたついたりしてしまうという問題があった。
【００１６】
また、三次元造形物を加熱炉に放置し、サポート材のみを融解させてサポート領域の除去を行う場合にも、モデル領域が機械的に破損するおそれがなくなるものの、加熱によりモデル材の熱変形、熱収縮または融解が発生し、モデル領域の形状が崩れてしまうという問題があった。特に、耐熱温度（熱変形温度）が５０〜７０［℃］と低い光硬化性樹脂をモデル材として採用した場合には、特に大きな問題となる。
【００１７】
特許文献１における不要部分の除去方法では、モデル領域にシート材が混入してしまうため、マイクロ波が照射されることによってモデル領域に混入したシート材が溶け出し、モデル領域の強度が低下したり、モデル領域が変形したりしてしまうおそれがあるという問題があった。さらに、シート材として提案されている材料（ポリオキシメチレン、エチレンビニルアルコールコポリマー）は融点が１７０［℃］以上と高い。そのため、シート材がマイクロ波を吸収して融解するまでの時間は決して短くなく、その間にモデル材もマイクロ波を吸収して昇温し、モデル領域の形状が変化してしまうおそれがあるという問題があった。
【００１８】
また、特許文献２におけるサポート材の除去方法では、２種類のサポート材をそれぞれ吐出するための吐出ヘッドが２つ、さらに言えばサポート材も２種類必要になり、装置構成が複雑となるという問題があった。また、誘導加熱によるサポート材の除去では、サポート材の主成分である高分子材料を直接加熱するのではなく、フィラーを介しての間接加熱となる、すなわちサポート材が溶融するまでの時間が長くなるため、サポート材の除去効率が悪い。さらに言えば、フィラーをサポート材に添加すると、インクジェットヘッドでの吐出性能にノズル詰り等の影響を及ぼす可能性が高くなる。吐出性能に影響のない範囲で構成するためには、サポート材に対するフィラーの添加量は非常に少なくなり、サポート材の加熱効率も期待できなくなってしまう。
【００１９】
本発明の目的は、造形された三次元造形物を破損させたり変形させたりすることなく、サポート材を容易かつ速やかに除去することが可能な三次元造形装置、三次元造形方法および造形材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明に係る三次元造形装置は、
造形ステージと、
前記造形ステージに向けて、三次元造形物を構成するための第１造形材を吐出することによって、造形材層のモデル領域を形成する第１吐出ヘッドと、
前記造形ステージに向けて、前記三次元造形物の造形中に前記第１造形材を支持するための第２造形材を吐出することによって、造形材層のサポート領域を形成する第２吐出ヘッドと、
前記造形ステージ、および、前記第１および第２吐出ヘッドのうち少なくとも一方を、両者の相対距離を可変に支持する支持機構と、
前記第１および第２吐出ヘッドおよび前記支持機構を制御し、前記造形ステージ上に前記第１および第２造形材の少なくとも一方を吐出して前記モデル領域およびサポート領域の少なくとも一方からなる造形材層を形成させる処理を繰り返し、複数の造形材層を積層することにより三次元造形物を造形させる制御部と、
を備え、
前記第２造形材は、融点の異なる少なくとも２種類の熱可塑性材料を含み、マイクロ波の照射を受けて発熱し、１種類の熱可塑性材料を含む場合と比べて急峻に融解する。
【００２１】
本発明に係る三次元造形方法は、
造形ステージに向けて、三次元造形物を構成するための第１造形材であるモデル材を吐出することによって、造形材層のモデル領域を形成し、
前記造形ステージに向けて、前記三次元造形物の造形中に前記第１造形材を支持するための第２造形材であるサポート材を吐出することによって、造形材層のサポート領域を形成し、
前記造形ステージ上に前記モデル領域およびサポート領域の少なくとも一方からなる複数の造形材層を積層することにより三次元造形物を造形し、
前記第２造形材は、融点の異なる少なくとも２種類の熱可塑性材料を含み、マイクロ波の照射を受けて発熱し、１種類の熱可塑性材料を含む場合と比べて急峻に融解する。
【００２２】
本発明に係る造形材は、
三次元造形物の造形中に、当該三次元造形物を構成するための第１造形材を支持するための第２造形材として使用される造形材であって、
融点の異なる少なくとも２種類の熱可塑性材料を含み、マイクロ波の照射を受けて発熱し、１種類の熱可塑性材料を含む場合と比べて急峻に融解する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、三次元造形物の造形中にモデル材を支持するためのサポート材は、融点の異なる少なくとも２種類の熱可塑性材料を含むことによりマイクロ波の吸収性が向上し、マイクロ波の照射を受けて急峻に融解する。よって、三次元造形物を構成するためのモデル材に機械的な負荷を与えずに、サポート材の除去を容易、かつ、短時間に行うことができる。特に、三次元造形物の細かい部分や入り組んだ部分であっても、融解したサポート材はモデル材から分離されるため、サポート材の除去を容易に行うことができる。また、サポート材がマイクロ波の照射を受けて融解するまでの時間は短いため、その間にモデル材がマイクロ波を吸収して発熱する可能性は低く、当該モデル材から構成される三次元造形物の形状が変化してしまうことを防止することができる。以上より、造形された三次元造形物を破損させたり変形させたりすることなく、サポート材を容易かつ速やかに除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施の形態における三次元造形装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】本実施の形態における三次元造形装置の制御系の主要部を示す図である。
【図３】本実施の形態におけるヘッドユニットの構成を示す図である。
【図４】本実施の形態におけるマイクロ波照射装置の構成を示す図である。
【図５】マイクロ波を照射することによってサポート材を除去する処理を説明する図である。
【図６】サポート材のマイクロ波照射時間に対する粘度の測定結果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る三次元造形装置１００の構成を概略的に示す図である。図２は、本実施の形態に係る三次元造形装置１００の制御系の主要部を示す図である。図１、２に示す三次元造形装置１００は、造形ステージ１４０上に、三次元造形物２００を構成するための第１造形材であるモデル材と、三次元造形物２００の造形動作中にモデル材に接してモデル材を支持及び／又は覆うための第２造形材であるサポート材とからなる複数の造形材層を順に形成して積層することによって、三次元造形物２００を造形する。サポート材は、例えば造形対象物がオーバーハングする部分を有している場合等に、モデル材の外周や内周に設けられ、三次元造形物２００の造形が完了するまでオーバーハング部分を支持する。サポート材は、三次元造形物２００の造形が完了した後に、ユーザーによって除去される。モデル材としては、光、熱、放射線等のエネルギーを付与することで硬化するエネルギー硬化性の材料が用いられる。光硬化性樹脂材料や熱硬化性材料などの、エネルギー硬化性の材料は比較的粘度が低く、後述するインクジェット方式の吐出ヘッドから吐出することで、精度の高い三次元造形物２００を作製することができる。本実施の形態においては、モデル材として、光硬化性材料を用いるものとして説明する。また、サポート材としては、加熱されることによって固体から液体に遷移する熱可塑性材料が用いられる。なお、図１においては、理解を容易にするため、三次元造形物２００のうちモデル材を用いて形成するモデル領域に相当する部分は実線で示し、サポート材を用いて形成しモデル領域を支持するサポート領域に相当する部分は破線で示している。
【００２６】
三次元造形装置１００は、各部の制御や３Ｄデータの取り扱いを行うための制御部１１０、制御部１１０の実行する制御プログラムを含む各種の情報を記憶する記憶部１１５、モデル材を用いて造形を行うためのヘッドユニット１２０、ヘッドユニット１２０およびマイクロ波照射ユニット１８０を移動可能に支持するための支持機構１３０、三次元造形物２００が形成される造形ステージ１４０、各種情報を表示するための表示部１４５、外部機器との間で３Ｄデータ等の各種情報を送受信するためのデータ入力部１５０、および、ユーザーからの指示を受け付けるための操作部１６０、および、造形された三次元造形物２００にマイクロ波を照射するためのマイクロ波照射ユニット１８０を備える。三次元造形装置１００には、造形対象物を設計するための、あるいは、三次元測定機を用いて実物を測定して得られた三次元情報に基づいて造形用のデータを生成するためのコンピューター装置１５５が接続される。
【００２７】
データ入力部１５０は、造形対象物の三次元形状を示す３Ｄデータ（ＣＡＤデータやデザインデータなど）をコンピューター装置１５５から受け取り、制御部１１０に出力する。ＣＡＤデータやデザインデータには、造形対象物の三次元形状だけに限らず、造形対象物の表面の一部または全面および内部におけるカラー画像情報が含まれている場合もある。なお、３Ｄデータを取得する方法は特に限定されず、有線通信や無線通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの短距離無線通信を利用して取得しても良いし、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリなどの記録媒体を利用して取得しても良い。また、この３Ｄデータは、当該３Ｄデータを管理および保存するサーバーなどから取得しても良い。
【００２８】
制御部１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算手段を有しており、データ入力部１５０から３Ｄデータを取得し、取得した３Ｄデータの解析処理や演算処理を行う。制御部１１０は、３Ｄデータを解析することによって、最終的に三次元造形物２００を構成する領域をモデル領域に設定する。また、制御部１１０は、モデル領域を支持し、最終的に三次元造形物２００から除去される領域をサポート領域（除去対象領域）に設定する。制御部１１０は、使用するサポート材の量がなるべく少なくなるように、サポート領域を設定する。なお、モデル領域を支持しない領域であっても、最終的に三次元造形物２００から除去される領域であれば除去対象領域に設定される場合もある。例えば、積層方向に複数の造形物を造形する際に、隣り合う造形物間の仕切りとなる層を除去対象領域に設定したり、三次元造形物２００を保護するために三次元造形物２００の表面を覆うように除去対象領域が設けられるように設定したりすることができる。
【００２９】
制御部１１０は、データ入力部１５０から取得した３Ｄデータを、造形材層の積層方向について薄く切った複数のスライスデータに変換する。スライスデータは、三次元造形物２００を造形するための造形材層毎の造形データである。各スライスデータに対しては、モデル領域およびサポート領域の少なくとも一方が設定されている。つまり、スライスデータに対して、モデル領域のみが設定されている場合もあるし、サポート領域のみが設定されている場合もある。サポート領域や上述した表面保護層が必要ない場合もあるし、上述したように、積層方向に多数個の造形物を作製する際の仕切りの役目で、サポート領域が造形材層の１００［％］を使用する場合もあるからである。三次元造形物２００のオーバーハング部分に相当するオーバーハング領域は、モデル領域およびサポート領域として設定されている。スライスデータの厚み、すなわち造形材層の厚みは、造形材層の一層分の厚さに応じた距離（積層ピッチ）と一致する。例えば、造形材層の厚みが０．０５［ｍｍ］である場合、制御部１１０は、１［ｍｍ］の高さの積層に必要な連続した２０［枚］のスライスデータを３Ｄデータから切り出す。
【００３０】
また、制御部１１０は、三次元造形物２００の造形動作中、三次元造形装置１００全体の動作を制御する。例えば、モデル材およびサポート材を所望の場所に吐出するための機構制御情報を支持機構１３０に対して出力するとともに、ヘッドユニット１２０に対してスライスデータを出力する。すなわち、制御部１１０は、ヘッドユニット１２０と支持機構１３０とを同期させて制御する。制御部１１０は、後述する光照射装置１２５およびマイクロ波照射ユニット１８０の制御も行う。
【００３１】
表示部１４５は、制御部１１０の制御を受けて、ユーザーに認識させるべき各種の情報やメッセージを表示する。操作部１６０は、テンキー、実行キー、スタートキー等の各種操作キーを備え、ユーザーによる各種入力操作を受け付けて、その入力操作に応じた操作信号を制御部１１０に出力する。
【００３２】
造形ステージ１４０は、ヘッドユニット１２０の下方に配置される。造形ステージ１４０には、ヘッドユニット１２０によって造形材層が形成され、この造形材層が積層されることにより、サポート領域を含む三次元造形物２００が造形される。
【００３３】
支持機構１３０は、ヘッドユニット１２０および造形ステージ１４０のうち少なくとも一方を、両者の相対距離を可変に支持し、ヘッドユニット１２０と造形ステージ１４０との相対位置を３次元で変化させる。また、支持機構１３０は、マイクロ波照射ユニット１８０および造形ステージ１４０のうち少なくとも一方を、両者の相対距離を可変に支持し、マイクロ波照射ユニット１８０と造形ステージ１４０との相対位置を２次元で変化させる。具体的には、支持機構１３０は、図１に示すように、ヘッドユニット１２０に係合する主走査方向ガイド１３２と、主走査方向ガイド１３２およびマイクロ波照射ユニット１８０を副走査方向に案内する副走査方向ガイド１３４と、造形ステージ１４０を鉛直方向に案内する鉛直方向ガイド１３６とを備え、さらに図示しないモーターや駆動リール等からなる駆動機構を備えている。
【００３４】
支持機構１３０は、制御部１１０から出力された機構制御情報に従って、図示しないモーターおよび駆動機構を駆動し、キャリッジを兼ねるヘッドユニット１２０を主走査方向および副走査方向に自在に移動させる（図１を参照）。なお、支持機構１３０は、ヘッドユニット１２０の位置を固定し、造形ステージ１４０を主走査方向および副走査方向に移動させるように構成しても良いし、ヘッドユニット１２０と造形ステージ１４０との双方を移動させるように構成しても良い。
【００３５】
また、支持機構１３０は、制御部１１０から出力された機構制御情報に従って、図示しないモーターおよび駆動機構を駆動し、マイクロ波照射ユニット１８０を副走査方向に自在に移動させる（図１を参照）。なお、支持機構１３０は、マイクロ波照射ユニット１８０の位置を固定し、造形ステージ１４０を副走査方向に移動させるように構成しても良いし、マイクロ波照射ユニット１８０と造形ステージ１４０との双方を移動させるように構成しても良い。
【００３６】
本実施の形態では、ヘッドユニット１２０を主走査方向および副走査方向に自在に移動させるために、ヘッドユニット１２０の移動を阻害しないようにマイクロ波照射ユニット１８０を必要に応じて移動させる。また、マイクロ波照射ユニット１８０を副走査方向に自在に移動させるために、マイクロ波照射ユニット１８０の移動を阻害しないように主走査方向ガイド１３２を必要に応じて副走査方向に移動させる。ヘッドユニット１２０およびマイクロ波照射ユニット１８０について、互いに干渉しないような退避位置をそれぞれ設定しておき、各退避位置へ移動させるようにしても良い。
【００３７】
また、支持機構１３０は、制御部１１０から出力された機構制御情報に従って、図示しないモーターおよび駆動機構を駆動し、造形ステージ１４０を鉛直方向下方に移動させてヘッドユニット１２０と三次元造形物２００との間隔を調整する（図１を参照）。すなわち、造形ステージ１４０は、支持機構１３０によって鉛直方向に移動可能に構成されており、造形ステージ１４０上に、Ｎを自然数としたときに、Ｎ層目の造形材層が形成された後、積層ピッチだけ鉛直方向下方に移動する。そして、造形ステージ１４０は、造形ステージ１４０上にＮ＋１層目の造形材層が形成された後、積層ピッチだけ鉛直方向下方に再び移動する。なお、支持機構１３０は、造形ステージ１４０の鉛直方向位置を固定し、ヘッドユニット１２０を鉛直方向上方に移動させても良いし、ヘッドユニット１２０と造形ステージ１４０との双方を移動させても良い。
【００３８】
ヘッドユニット１２０は、図２，３に示すように、インクジェット方式の第１吐出ヘッド１２１、第２吐出ヘッド１２２、平滑化装置１２４および光照射装置１２５を筐体１２０Ａの内部に備える。
【００３９】
第１吐出ヘッド１２１は、長手方向（副走査方向）に列状に配列された複数の吐出ノズルを有する。第１吐出ヘッド１２１は、長手方向に直交する主走査方向に走査しながら、造形ステージ１４０に向けて複数の吐出ノズルからモデル材の液滴を選択的に吐出する。第１吐出ヘッド１２１は、１層分の造形材層が形成される際、その造形材層に対応するスライスデータに対してモデル領域が設定された領域に、モデル材の液滴を吐出する。この吐出動作を、副走査方向にずらしながら複数回繰り返すことにより、造形ステージ１４０上の所望の領域に造形材層のモデル領域を形成する。造形材層のモデル領域は、光エネルギーの照射による硬化処理が施されることにより硬化する。硬化の度合いは照射される光エネルギー量によって異なり、半硬化の状態にすることもできるし、実質的に完全に硬化した状態にすることもできる。ここで、半硬化とは、モデル材が、層（造形材層）として形状を維持することができる程度の粘度を有するように完全硬化よりも低い度合いで硬化された状態を言うものとする。
【００４０】
第２吐出ヘッド１２２は、長手方向（副走査方向）に列状に配列された複数の吐出ノズルを有する。第２吐出ヘッド１２２は、長手方向に直交する主走査方向に走査しながら、造形ステージ１４０に向けて複数の吐出ノズルからサポート材の液滴を選択的に吐出する。第２吐出ヘッド１２２は、１層分の造形材層が形成される際、その造形材層に対応するスライスデータに対してサポート領域が設定された領域に、サポート材の液滴を吐出する。この吐出動作を、副走査方向にずらして複数回繰り返すことにより造形ステージ１４０上の所望の領域に造形材層のサポート領域を形成する。
【００４１】
このように、制御部１１０からの制御信号によって支持機構１３０が作動するとともに、制御部１１０から送られるスライスデータに基づいて、第１吐出ヘッド１２１からはモデル材が選択的に造形ステージ１４０に供給され、第２吐出ヘッド１２２からはサポート材が選択的に造形ステージ１４０に供給されることで三次元造形物２００の造形が行われる。すなわち、制御部１１０、支持機構１３０、ヘッドユニット１２０、第１吐出ヘッド１２１および第２吐出ヘッド１２２等によって、モデル領域およびサポート領域の少なくとも一方を含む造形材層が形成される。
【００４２】
第１吐出ヘッド１２１および第２吐出ヘッド１２２としては、従来公知の画像形成用のインクジェットヘッドが用いられる。なお、第１吐出ヘッド１２１および第２吐出ヘッド１２２が有する複数の吐出ノズルは、列状に配列されていれば良く、直線状に並んでいても良いし、ジグザグ配列で全体として直線状になるように並んでいても良い。
【００４３】
第１吐出ヘッド１２１は、モデル材を吐出可能な状態で貯留する（もしくは、図示しないタンクからモデル材が供給される）。本実施の形態では、第１吐出ヘッド１２１として、例えば、粘度が５〜１５［ｍＰａ・ｓ］の範囲でモデル材を吐出できるものを採用することができる。モデル材としては、特定波長の光（光エネルギー）が照射されることにより硬化する光硬化性材料が用いられる。光硬化性材料としては、例えば、紫外線硬化性樹脂が挙げられ、アクリル酸エステルまたはビニルエーテル等のラジカル重合系紫外線硬化性樹脂や、エポキシまたはオキセタン等のモノマーやオリゴマーと、樹脂に応じた重合開始剤（反応開始剤）としてアセトフェノンやベンゾフェノン等とを組み合わせて使用するカチオン重合系紫外線硬化性樹脂を用いることができる。光硬化性材料は、硬化を進行させ得る特定波長の光を遮光部材やフィルターなどにより遮断しておくことで、吐出可能な状態で貯留することができる。なお、モデル材として、熱エネルギーが付与されることにより硬化する熱硬化性材料を用いても良いし、放射線の照射により硬化する放射線硬化材料を用いても良い。
【００４４】
第２吐出ヘッド１２２は、サポート材を吐出可能な状態で貯留する（もしくは、図示しないタンクからサポート材が供給される）。本実施の形態では、第２吐出ヘッド１２２として、例えば、粘度が５〜１５［ｍＰａ・ｓ］の範囲でサポート材を吐出できるものを採用することができる。サポート材としては、常温で固体となる所定の融点を有し、加熱されることによって固体から液体に遷移する熱可塑性材料が用いられる。サポート材は、融点の異なる少なくとも２種類の熱可塑性材料を含む。本実施の形態では、サポート材は、２種類の熱可塑性材料、より具体的には、常温で固体であり第１融点を有する第１熱可塑性材料および、常温で液体であり第１融点より低い第２融点を有する第２熱可塑性材料を含む。サポート材は、マイクロ波の照射を受けて発熱し、１種類の熱可塑性材料を含む場合と比べて急峻に融解する。具体的には、３０秒より長い常温固体の第１の熱可塑性樹脂であったものが、第２の熱可塑性を混合することにより、サポート材の上記遷移時間が３０秒以内となっている。このように、第２吐出ヘッド１２２から吐出される本実施形態の造形材は、三次元造形物２００の造形中に、当該三次元造形物２００を構成するためのモデル材を支持するためのサポート材として使用される造形材であって、融点の異なる少なくとも２種類の熱可塑性材料を含み、マイクロ波の照射を受けて発熱し、１種類の熱可塑性材料を含む場合と比べて急峻に融解するものである。従って、三次元造形物全体にマイクロ波が照射されると、モデル材よりもサポート材が優先的に（つまり、サポート材が選択的に）融解し、モデル材に機械的な力を付与することなくサポート材をモデル材が除去することができる。
【００４５】
第１熱可塑性材料および第２熱可塑性材料は、マイクロ波照射ユニット１８０から照射されたマイクロ波を吸収しやすい材料である。そのような材料としては、分子量が１０００から１００００程度で分子内に極性基としてのＯＨ基を有するポリエチレングリコール、極性基としてのＣＯＯＨ基を有するミリスチン酸やステアリン酸のような炭素数が１０から２０程度の飽和脂肪酸、極性基としてのＯＨ基を有するテトラデカノールやオクタデカノールといった炭素数が１４から２０程度の脂肪族アルコール、その他パラフィン等の炭化水素ワックスを利用することができる。これらの材料は、炭素数または分子量が大きくなると概ね融点が高くなり、液体での粘度も上昇するため、適切な融点、粘度となる炭素数や分子量の材料をサポート材として選ぶことが好ましい。
【００４６】
第２吐出ヘッド１２２は、サポート材を吐出可能な状態（つまり加熱されて溶融し、高粘度を有する状態）で貯蔵するサポート材貯蔵タンク（図示せず）に接続され、サポート材貯蔵タンクからサポート材の供給を受ける。サポート材貯蔵タンクから第２吐出ヘッド１２２までの搬送経路上には、当該搬送経路を加熱する加熱機構が設けられる。この構成により、融点以上に加熱されることで液体化したサポート材は、サポート材貯蔵タンクから第２吐出ヘッド１２２まで搬送される。また、第２吐出ヘッド１２２は、第２吐出ヘッド１２２内でサポート材を加熱する加熱機構を有することにより、サポート材貯蔵タンクから搬送されたサポート材を液体状態で保持したまま吐出することができる。第２吐出ヘッド１２２によって形成されたサポート領域は、サポート材の吐出後に、周囲の空気に触れて、すなわち自然冷却により融点以下に冷却され固化する（薄い硬化層となる）。なお、第２吐出ヘッド１２２内の温度は、サポート材が吐出可能な粘度になる温度に設定する必要があるが、吐出後のサポート材の固化を早めるために、可能な限り低温に設定する必要がある。同様の理由から、サポート材の融点は、常温で固体であることを前提にして、可能な限り低温であることが望ましい。例えば４０〜６０［℃］程度の熱可塑性材料をサポート材として選択することが好ましい。
【００４７】
平滑化装置１２４は、均しローラー１２４Ａ、ブレード等の掻き取り部材１２４Ｂおよび回収部材１２４Ｃを筐体１２０Ａの内部に備える。均しローラー１２４Ａは、制御部１１０の制御下において図３中の反時計回り方向に回転駆動可能であり、第１吐出ヘッド１２１および第２吐出ヘッド１２２により吐出されたモデル材表面およびサポート材表面に接触してモデル材表面およびサポート材表面の凹凸を平滑化する。その結果、均一な層厚を有する造形材層が形成される。造形材層の表面が平滑化されることにより、次の造形材層を精度良く形成して積層することができるので、高精度の三次元造形物２００を造形することができる。均しローラー１２４Ａの表面に付着したモデル材およびサポート材は、均しローラー１２４Ａの近傍に設けられた掻き取り部材１２４Ｂによって掻き取られる。掻き取り部材１２４Ｂによって掻き取られたモデル材およびサポート材は、回収部材１２４Ｃによって回収される。なお、掻き取り部材１２４Ｂによって掻き取られたモデル材やサポート材は、第１吐出ヘッド１２１や第２吐出ヘッド１２２に供給されて再利用されるものとしても良いし、廃タンク（図示せず）に輸送されるものとしても良い。なお、均しローラー１２４Ａに代えて、他の回転体、例えば、無端ベルトを用いるようにしても良い。
【００４８】
光照射装置１２５は、造形ステージ１４０に向けて吐出された、光硬化性材料のモデル材に硬化処理としての光エネルギー照射処理を施して、半硬化させる露光ヘッドである。モデル材として紫外線硬化性材料を用いる場合、光照射装置１２５として、紫外線を放射するＵＶランプ（例えば、高圧水銀ランプ）が好適に用いられる。なお、光照射装置１２５としては、高圧水銀ランプの他に、低圧水銀灯、中圧水銀灯、超高圧水銀灯、カーボンアーク灯、メタルハライドランプ、キセノンランプまたは紫外線ＬＥＤランプ等を任意に用いることができる。光照射装置１２５は、制御部１１０からの制御信号によって、照射タイミングや露光量が制御される。露光量の制御は、光照射装置１２５に加える電圧や電流等を調整して光照射装置１２５の発光強度を変化させることで行うようにしても良いし、光照射装置１２５とモデル材やサポート材との間に、光学的なフィルターを挿抜できるように配置したり、複数種類のフィルターを切り替えられるように構成して、これらを挿抜したり切り替えたりすることで行うようにしても良い。
【００４９】
ヘッドユニット１２０は、１層分の造形材層を形成する際、主走査方向に造形ステージ１４０上の一方の端部から他方の端部まで走査しながら、モデル領域が設定された領域にモデル材を吐出するとともに、サポート領域が設定された領域にサポート材を吐出する。次に、ヘッドユニット１２０は、モデル材およびサポート材の吐出を一旦停止し、主走査方向に造形ステージ１４０上の他方の端部から一方の端部まで走査する。次に、ヘッドユニット１２０は、第１吐出ヘッド１２１によるモデル材の吐出位置、および、第２吐出ヘッド１２２によるサポート材の吐出位置が重ならないように副走査方向に走査する。これらの動作を繰り返すことにより、造形ステージ１４０上の所定の領域を走査し、１層分の造形材層を形成することができる。そして、三次元造形装置１００は、造形ステージ１４０上に、複数の造形材層を順に形成して積層することによって、三次元造形物２００を造形する。
【００５０】
マイクロ波照射ユニット１８０は、図４に示すように、造形された三次元造形物２００にマイクロ波を照射することにより、三次元造形物２００に含まれるサポート材を当該サポート材の融点以上に加熱して融解させるためのマイクロ波照射装置１８２を筐体１８０Ａの内部に備える。マイクロ波照射装置１８２は、造形ステージ１４０に向けてマイクロ波を照射する。マイクロ波照射装置１８２は、円形の所定範囲にマイクロ波を照射するものであっても良いし、これを列状に複数並べたものであっても良い。マイクロ波照射装置１８２は、制御部１１０の制御を受けて、マイクロ波の照射と停止との間における切り替えを行うとともに、照射するマイクロの強さ、当該マイクロ波の周波数および出力等を変化させる。
【００５１】
ここで、マイクロ波による加熱とは、３００［ＭＨｚ］〜３００［ＧＨｚ］の電磁波（いわゆるマイクロ波）の作用で、誘電体を主として分子運動とイオン伝導によって熱を発生させて加熱することである。誘電体である被加熱体（サポート材）の誘電分極している極性基（永久双極子）に電界変化が作用することにより、分子運動が発生する。マイクロ波の電界の振動に対して、例えば永久双極子が少し遅れてマイクロ波の電界の振動に追従する場合、すなわちマイクロ波の電界の変化に対し位相遅れを伴って永久双極子が変化する場合、この遅れがマイクロ波の電界の変化に対する抵抗力として働いて永久双極子が加熱される。このことから、マイクロ波で加熱されやすい材料とは、極性基を有し、かつ、分子間力が弱い、言い換えると分子運動しやすい材料である。以下の式（１）は、誘電体が吸収するマイクロ波電力Ｐを理論的に求めた式である。このマイクロ波電力Ｐが大きい材料は、マイクロ波の吸収性が高いと言える。式（１）から明らかなように、誘電体であるサポート材に使用される材料としては、誘電体の比誘電率、すなわち双極子モーメントが大きく、誘電体の誘電損失角が大きいものが好ましい。なお、液体状態である誘電体の誘電損失角は、固体状態である誘電体の誘電損失角より大きい。
Ｐ［Ｗ／ｍ３］＝Ｋ・εｒ・ｔａｎδ・ｆ・Ｅ２・・・（１）
Ｋ：０．５５６×１０−１０
εｒ：誘電体の比誘電率
ｔａｎδ：誘電体の誘電損失角
ｆ：周波数［Ｈｚ］
Ｅ２：電界強度［Ｖ／ｍ］
【００５２】
マイクロ波照射ユニット１８０は、制御部１１０の制御を受けて、三次元造形物２００の造形動作が完了した後に、副走査方向に造形ステージ１４０上の一方の端部から他方の端部に向けて走査しながら、三次元造形物２００にマイクロ波を照射する。三次元造形物２００に含まれるサポート領域が加熱され融点以上となるまでに昇温すると、サポート領域を構成するサポート材は、液体化して自然にモデル領域を構成するモデル材から剥離される。そのため、サポート材を容易に除去することができる。
【００５３】
図５を参照し、三次元造形物２００にマイクロ波を照射することによってサポート材を除去する処理について説明する。図５Ａは、造形動作が完了した時点の三次元造形物２００を示す図である。図５Ａに示す三次元造形物２００は、モデル領域２００Ａと、サポート領域２００Ｂとから構成される。サポート領域２００Ｂを構成するサポート材は、図５Ｂに示すように、常温で固体であり第１融点を有する第１熱可塑性材料２１０と、常温で液体であり第１融点より低い第２融点を有する第２熱可塑性材料２２０とを含む。すなわち、固体状態である第１熱可塑性材料２１０の中に、液体状態である第２熱可塑性材料２２０が混ざり合っている。
【００５４】
マイクロ波照射ユニット１８０は、三次元造形物２００にマイクロ波を照射する。これにより、三次元造形物２００に含まれるサポート領域が加熱され融点温度以上に昇温する結果、サポート領域２００Ｂは液体化する。ここで、第１熱可塑性材料２１０および第２熱可塑性材料２２０は、同じ組成でも液体状態と固体状態ではマイクロ波の吸収性が異なり、液体状態である方が吸収性は高い。その一方、固体状態の熱可塑性材料だけでサポート材を構成すると、マイクロ波の吸収性が悪いため、融点以上に昇温するためにマイクロ波を照射する時間が長くなる。マイクロ波の照射時間が長くなると、モデル材もある程度マイクロ波を吸収して昇温してしまうため、サポート材を除去するときにはモデル材も高温状態になる。本実施の形態では、固体状態である第１熱可塑性材料２１０の中に、液体状態である第２熱可塑性材料２２０が混ざり合っている。そのため、図５Ｃに示すように、最初に第２熱可塑性材料２２０がマイクロ波を吸収して昇温し、周囲の第１熱可塑性材料２１０に熱が伝わる。そして、第１熱可塑性材料２１０は、融点以上に加熱されると液体化する（鎖線は、優先的に融解し始めた領域を示しており、図５Ｃの符号２２０に対応している）。つまり、図５Ｄに示すように、サポート領域２００Ｂを構成するサポート材の全体（第１熱可塑性材料２１０および第２熱可塑性材料２２０）が液体化する。サポート材の全体が液体化すると、マイクロ波の吸収性が向上して当該サポート材を加速度的に昇温させることが可能となり、ひいては瞬時にサポート材をその融点以上に加熱することができる。図５Ｅに示すように、液体化したサポート材は、図中の矢印方向に沿って、自然にモデル領域Ａから剥離される。
【００５５】
以上詳しく説明したように、本実施の形態の三次元造形装置１００は、造形ステージ１４０上に第１および第２造形材の少なくとも一方を吐出してモデル領域およびサポート領域の少なくとも一方からなる造形材層を形成させる処理を繰り返し、複数の造形材層を積層することにより三次元造形物２００を造形する三次元造形方法を実現する。ここで、第２造形材は、融点の異なる少なくとも２種類の熱可塑性材料を含み、マイクロ波の照射を受けて発熱し、１種類の熱可塑性材料を含む場合と比べて急峻に融解する。
【００５６】
このように構成した本実施の形態によれば、三次元造形物２００の造形中にモデル材を支持するためのサポート材は、融点の異なる少なくとも２種類の熱可塑性材料を含むことによりマイクロ波の吸収性が向上し、マイクロ波の照射を受けて急峻に融解する。よって、三次元造形物２００を構成するためのモデル材に機械的な負荷を与えずに、サポート材の除去を容易、かつ、短時間に行うことができる。特に、三次元造形物２００の細かい部分や入り組んだ部分であっても、融解したサポート材はモデル材から分離されるため、サポート材の除去を容易に行うことができる。また、サポート材がマイクロ波の照射を受けて融解するまでの時間は短いため、その間にモデル材がマイクロ波を吸収して発熱する可能性は低く、当該モデル材から構成される三次元造形物２００の形状が変化してしまうことを防止することができる。以上より、造形された三次元造形物２００を破損させたり変形させたりすることなく、サポート材を容易かつ速やかに除去することができる。
【００５７】
なお、上記実施の形態では、上記実施の形態では、ヘッドユニット１２０とマイクロ波照射ユニット１８０とを別体化し、それぞれが独立的に移動できるように構成する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ヘッドユニット１２０とマイクロ波照射ユニット１８０とを一体化しても良い。この構成により、三次元造形装置１００をコンパクトにするとともに、ヘッドユニット１２０およびマイクロ波照射ユニット１８０の移動に要する消費電力を抑制することができる。
【００５８】
また、上記実施の形態では、第１吐出ヘッド１２１および第２吐出ヘッド１２２と光照射装置１２５とが一体化される例について説明したが、第１吐出ヘッド１２１および第２吐出ヘッド１２２と光照射装置１２５とを別体化し、それぞれが独立的に移動できるように構成しても良い。ただし、三次元造形装置１００をコンパクトにするとともに、第１吐出ヘッド１２１および第２吐出ヘッド１２２、光照射装置１２５の移動に要する消費電力を抑制する観点からは、第１吐出ヘッド１２１および第２吐出ヘッド１２２と光照射装置１２５とが一体化されていることが好ましい。
【００５９】
また、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【００６０】
［実験例］
上記実施の形態の構成における効果を確認するための評価実験について説明する。
【００６１】
（実施例１におけるサポート材の調製）
実施例１では、以下の組成（下記表１を参照）で熱可塑性材料Ａ，Ｂを混合し、融点が５１℃であるサポート材を調製した。
・ＰＥＧ２０００（融点：５２℃）：９８質量部
・ＰＥＧ３００（融点：−１３℃）：２質量部
なお、ＰＥＧ２０００は、平均分子量が２０００のポリエチレングリコール（分子式：Ｈ（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｎＯＨ）である。ＰＥＧ３００は、常温（約２５℃）で液体となる材料であり、平均分子量が３００のポリエチレングリコールである。
【００６２】
（実施例２におけるサポート材の調製）
実施例２では、以下の組成（下記表１を参照）で熱可塑性材料Ａ，Ｂを混合し、融点が５４℃であるサポート材を調製した。
・ＰＥＧ６０００（融点：５７．５℃）：９５質量部
・ＰＥＧ３００（融点：−１３℃）：５質量部
【００６３】
（実施例３におけるサポート材の調製）
実施例３では、以下の組成（下記表１を参照）で熱可塑性材料Ａ，Ｂを混合し、融点が５１℃であるサポート材を調製した。
・ＰＥＧ６０００（融点：５７．５℃）：７０質量部
・ＰＥＧ１０００（融点：３７℃）：３０質量部
【００６４】
（実施例４におけるサポート材の調製）
実施例４では、以下の組成（下記表１を参照）で熱可塑性材料Ａ，Ｂを混合し、融点が６１℃であるサポート材を調製した。
・パルチミン酸（融点：６２．９℃）：９５質量部
・カプリル酸（融点：１６．７℃）：５質量部
なお、パルミチン酸（分子式：ＣＨ３（ＣＨ２）１４ＣＯＯＨ）およびカプリル酸（ＣＨ３（ＣＨ２）６ＣＯＯＨ）は、飽和脂肪酸である。
【００６５】
（比較例１におけるサポート材の調製）
比較例１では、熱可塑性材料ＡとしてＰＥＧ２０００をそのまま用いて、融点が５２℃であるサポート材とした。
【００６６】
（比較例２におけるサポート材の調製）
比較例２では、熱可塑性材料Ａとしてパルミチン酸をそのまま用いて、融点が６２．９℃であるサポート材とした。
【００６７】
（実験方法）
本評価実験では、実施例１〜４および比較例１，２でそれぞれ調製したサポート材に対してマイクロ波の照射を行い、当該サポート材の融解時間を測定した。なお、実施例１〜４における熱可塑性材料Ａ，Ｂの混合は、それらの総量が１０ｃｃとなるようにガラス瓶に入れ、ガラス瓶を湯煎で加熱して、熱可塑性材料Ａ，Ｂが完全に融解した状態で撹拌を行った。ガラス瓶としては、マイクロ波の吸収性が低い硼珪酸ガラスを使用した。ガラス瓶の加熱によるサポート材への悪影響を最小限にするためである。マイクロ波の照射は、出力が３００Ｗである家庭用電子レンジを用いて行った。また、サポート材の融解状態の確認は目視で行った。サポート材は、固体状態である場合に白色となる一方、液体状態である場合に透明となる。そのため、サポート材の色の変化状態を観察し、加熱を開始してから完全に透明になるまでの時間を融解時間として測定した。
【００６８】
表１は、実施例１〜４および比較例１，２における評価実験の結果を表す表である。
【表１】
2016074178.tif 000003
【００６９】
（実験結果）
実施例１〜４のサポート材は、マイクロ波の照射を受けて発熱し、主材料の（つまり、サポート材全体の半分以上の質量を占める）１種類の熱可塑性材料を含む場合と比べて急峻に融解する特性を有している。そのため、実施例１〜４のサポート材を用いたときに、瞬時に当該サポート材の除去を行うことができ、三次元造形物の細かい部分や入り組んだ部分であっても、当該サポート材の除去を容易に行うことができた。実施例１のサポート材は、比較例１で用いたのと同じＰＥＧ２０００に少量のＰＥＧ３００を加えたものである。実施例１では、サポート材の融点が比較例１とほとんど変わらないのに対して、マイクロ波の照射によって融解する速度は圧倒的に大きくなった。また、実施例４も比較例２と主材料は同じで融点もほぼ同じであるが、やはりマイクロ波による融解速度が比較例２に比べて非常に大きくなった。実施例２は実施例１に比べて、使用する材料の種類と混合比率が異なることにより、サポート材の融点が高いにもかかわらず、実施例２のサポート材は、実施例１と比べてより短時間で融解した。実施例３では、実施例１、２よりもサポート材の融解時間は長くなったが、単一の熱可塑性材料Ａからサポート材を構成している比較例１より短時間で融解し、融点の異なる２種類の熱可塑性材料が混合されたサポート材でも、当該サポート材の融解時間が短くなるという一定の効果を確認することができた。なお、材料が透明になり始めてから完全に透明なるまでの時間も計測したところ、実施例１，２は、ともに約１０秒、実施例３は約１５秒、実施例４は約２０秒であったのに対して、比較例１、２はともに２分以上かかる結果となった。つまり、実施例１〜４のサポート材は、マイクロ波によって急峻に融解し、比較１、２のサポート材は、マイクロ波によって緩やかに融解した。また、アクリルアミド系モノマーに重合開始剤としてイルガキュア１８４を添加した紫外線硬化性樹脂組成物にＵＶ照射して完全に硬化させて、長さ１０ｃｍ、幅１ｃｍ、厚さ５ｍｍの板状試験片を作製した。この試験片を水平にして片持ち状態で保持し、電子レンジを用いて３００Ｗで５分間加熱したが、変形や融解は全く見られなかった。
【００７０】
なお、図６Ｂに示すオストワルド粘度計を使用して、実施例２，３および比較例１におけるサポート材のマイクロ波照射時間に対する粘度挙動を確認した。図６Ａは、実施例２，３および比較例１におけるサポート材のマイクロ波照射時間に対する粘度の測定結果を示す図である。図６Ｂに示すように、オストワルド粘度計は、測時球２４０に液体を上側の標線２３０まで入れ、下側の標線２５０まで当該液体が流れ出す時間を測定して計算式により当該液体の粘度を算出するものである。本評価実験では、簡易的に、常温で固体状態であるサポート材を砕いて測時球２４０に入れ、電子レンジにて加熱しながら、測時球２４０に残ったサポート材の高さについて時間を追って観察した。すなわち図６Ａにおける縦軸の残量高さはサポート材の粘度を示しており、残量高さが小さいほどサポート材が固体状態から液体状態に遷移し低粘度化したことを示している。表１に表す結果と一致した結果であり、比較例１では、マイクロ波照射時間に対してサポート材の粘度が緩やかに低下、すなわち液体化しているのに対し、実施例２および実施例３では、サポート材の粘度が急激に低粘度化している様子を観察することができた。
【符号の説明】
【００７１】
１００  三次元造形装置
１１０  制御部
１２０  ヘッドユニット（キャリッジ）
１２０Ａ，１８０Ａ  筐体
１２１  第１吐出ヘッド
１２２  第２吐出ヘッド
１２４  平滑化装置
１２４Ａ  均しローラー
１２４Ｂ  掻き取り部材
１２４Ｃ  回収部材
１２５  光照射装置
１３０  支持機構
１３２  主走査方向ガイド
１３４  副走査方向ガイド
１３６  鉛直方向ガイド
１４０  造形ステージ
１４５  表示部
１５０  データ入力部
１５５  コンピューター装置
１６０  操作部
１８０  マイクロ波照射ユニット
１８２  マイクロ波照射装置
２００  三次元造形物
２００Ａ  モデル領域
２００Ｂ  サポート領域
２１０  第１熱可塑性材料
２２０  第２熱可塑性材料
【図１】
2016074178.tif 000004
【図２】
2016074178.tif 000005
【図３】
2016074178.tif 000006
【図４】
2016074178.tif 000007
【図５】
2016074178.tif 000008
【図６】
2016074178.tif 000009