(57)【要約】【課題】寸法精度に優れた三次元造形物を製造することができる三次元造形物製造装置を提供すること、および、信頼性の高い三次元造形物を提供すること。【解決手段】本発明の三次元造形物製造装置１００は、層１を積層することにより三次元造形物を製造する装置であって、粒子と溶媒とを含む三次元造形用組成物を供給する供給手段１１と、前記供給手段１１により、前記三次元造形用組成物が供給される供給領域１２と、前記供給領域１２に供給された前記三次元造形用組成物を用いて、前記層１が形成される造形ステージ１０２と、前記供給領域１２を清掃する清掃手段１８と、を有することを特徴とする。清掃手段１８は、前記供給領域１２を拭き取りする拭き取り部材を有することが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物製造装置であって、
粒子と溶媒とを含む三次元造形用組成物を供給する供給手段と、
前記供給手段により、前記三次元造形用組成物が供給される供給領域と、
前記供給領域に供給された前記三次元造形用組成物を用いて、前記層が形成される造形ステージと、
前記供給領域を清掃する清掃手段と、を有することを特徴とする三次元造形物製造装置。
【請求項２】
前記清掃手段は、拭き取り部材を有する請求項１に記載の三次元造形物製造装置。
【請求項３】
前記清掃手段は、掻き取り部材を有する請求項１または２に記載の三次元造形物製造装置。
【請求項４】
前記清掃手段は、前記供給領域に付着した前記三次元造形用組成物の固形分を除去する洗浄液を付与する洗浄液付与手段を有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の三次元造形物製造装置。
【請求項５】
前記洗浄液付与手段は、前記洗浄液を前記供給領域に付与する請求項４に記載の三次元造形物製造装置。
【請求項６】
前記清掃手段は、拭き取り部材を有し、
前記洗浄液付与手段は、前記洗浄液を前記拭き取り部材に付与する請求項４または５に記載の三次元造形物製造装置。
【請求項７】
前記供給領域に供給された前記三次元造形用組成物を用いて前記層を形成した後に、
前記供給領域の供給面を、新たな供給面に切り替える請求項１ないし６のいずれか１項に記載の三次元造形物製造装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の三次元造形物製造装置を用いて製造されたことを特徴とする三次元造形物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形物製造装置および三次元造形物に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉体を結合液で固めながら、三次元物体を造形する三次元造形物の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この製造方法では、次のような操作を繰り返すことによって三次元物体を造形する。まず、粉体をブレードによって薄く敷き詰めて粉体層を形成し、この粉体層の所望部分に結合液を吐出することによって粉体同士を結合させる。この結果、粉体層の中で、結合液が吐出された部分だけが結合して、薄い板状の部材（以下、「単位層」という）が形成される。その後、その粉体層の上にさらに粉体層を薄く形成し、所望部分に結合液を吐出する。その結果、新たに形成された粉体層の結合液が吐出された部分にも、新たな単位層が形成される。このとき、粉体層上に吐出した結合液が染み込んで、先に形成された単位層に到達するので、新たに形成された単位層は先に形成された単位層にも結合される。このような操作を繰り返して、薄い板状の単位層を一層ずつ積層することによって、三次元物体を造形することができる。
【０００３】
このような三次元造形技術は、造形しようとする物体の三次元形状データさえあれば、粉体を結合させて直ちに造形可能であり、造形に先立って金型を作成するなどの必要がないので、迅速にしかも安価に三次元物体を造形することが可能である。また、薄い板状の単位層を一層ずつ積層して造形するので、例えば内部構造を有する複雑な物体であっても、複数の部品に分けることなく一体の造形物として形成することが可能である。
【０００４】
ところで、従来の三次元造形物の製造方法では、粉体で構成された粉体層に対して結合液を吐出するため、結合液の着弾によって粉体の一部が飛散するといった問題があった。
【０００５】
このような粉体の飛散を防止するために、粉体と液状成分とを含むペースト材料を用いる試みが行われている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、液状成分を含むペースト材料を用いた製造装置では、ペースト材料を供給する供給領域に、ペースト材料が付着・固化する問題があった。この付着・固化したペーストによって、層の形成に際して、層に筋等が発生し、均一な層形成が妨げられる虞があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１５０５５６号公報
【特許文献２】特開２０１１−２４５７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、寸法精度に優れた三次元造形物を製造することができる三次元造形物製造装置を提供すること、および、信頼性の高い三次元造形物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の三次元造形物製造装置は、層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物製造装置であって、
粒子と溶媒とを含む三次元造形用組成物を供給する供給手段と、
前記供給手段により、前記三次元造形用組成物が供給される供給領域と、
前記供給領域に供給された前記三次元造形用組成物を用いて、前記層が形成される造形ステージと、
前記供給領域を清掃する清掃手段と、を有することを特徴とする。
これにより、寸法精度に優れた三次元造形物を製造することができる。
【００１０】
本発明の三次元造形物製造装置では、前記清掃手段は、拭き取り部材を有することが好ましい。
【００１１】
これにより、供給領域に付着した三次元造形用組成物の固形分をより確実に除去することができる。
【００１２】
本発明の三次元造形物製造装置では、前記清掃手段は、掻き取り部材を有することが好ましい。
【００１３】
これにより、供給領域に付着した三次元造形用組成物の固形分をより確実に除去することができる。
【００１４】
本発明の三次元造形物製造装置では、前記清掃手段は、前記供給領域に付着した前記三次元造形用組成物の固形分を除去する洗浄液を付与する洗浄液付与手段を有することが好ましい。
【００１５】
これにより、供給領域に付着した三次元造形用組成物の固形分をより確実に除去することができる。
【００１６】
本発明の三次元造形物製造装置では、前記洗浄液付与手段は、前記洗浄液を前記供給領域に付与することが好ましい。
【００１７】
これにより、より効率よく供給領域に付着した三次元造形用組成物の固形分を除去することができる。
【００１８】
本発明の三次元造形物製造装置では、前記清掃手段は、拭き取り部材を有し、
前記洗浄液付与手段は、前記洗浄液を前記拭き取り部材に付与することが好ましい。
【００１９】
これにより、より効率よく供給領域に付着した三次元造形用組成物の固形分を除去することができる。
【００２０】
本発明の三次元造形物製造装置では、前記供給領域に供給された前記三次元造形用組成物を用いて前記層を形成した後に、
前記供給領域の供給面を、新たな供給面に切り替えることが好ましい。
これにより、三次元造形物の生産性が向上する。
【００２１】
本発明の三次元造形物は、本発明の三次元造形物製造装置を用いて製造されたことを特徴とする。
これにより、信頼性の高い三次元造形物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の三次元造形物製造装置の好適な実施形態を上から平面視した平面図である。
【図２】図１に示す三次元造形物製造装置の側面図である。
【図３】本発明の三次元造形物製造装置の清掃手段の第１実施形態を示す、図２の右側から見た側面図である。
【図４】本発明の三次元造形物製造装置の清掃手段の第２実施形態を示す、図１の左側から見た側面図である。
【図５】本発明の三次元造形物製造装置の清掃手段の第３実施形態を示す、図２の右側から見た側面図である。
【図６】本発明の三次元造形物製造装置の清掃手段の第４実施形態を示す、図１の左側から見た側面図である。
【図７】本発明の三次元造形物製造装置の清掃手段の第５実施形態を示す、図２の右側から見た側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付する図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細な説明をする。
【００２４】
１．三次元造形物製造装置の第１実施形態
次に、本発明の三次元造形物製造装置の好適な実施形態について説明する。
【００２５】
図１は、本発明の三次元造形物製造装置の好適な実施形態を上から平面視した平面図、図２は、図１に示す三次元造形物製造装置の側面図、図３は、本発明の三次元造形物製造装置の清掃手段の第１実施形態を示す側面図である。
【００２６】
三次元造形物製造装置１００は、粒子と溶媒とを含む三次元造形用組成物を用いて形成した層１を積層することにより、三次元造形物を製造する装置である。
【００２７】
三次元造形物製造装置１００は、図１、図２に示すように、三次元造形物が造形される造形部１０と、三次元造形用組成物を供給する供給手段１１と、供給手段１１によって三次元造形用組成物が供給される供給領域１２と、供給された三次元造形用組成物を用いて造形部１０に三次元造形用組成物の層１を形成するスキージ（層形成手段）１３と、層１を形成した際に余剰の三次元造形用組成物を回収する回収部１４と、層１を加熱する加熱手段１５と、層１に対して粒子同士を結合する結合液を吐出する吐出部１６と、層１に対して紫外線を照射する紫外線照射手段１７と、供給領域１２を清掃する清掃手段１８と、を有している。
【００２８】
造形部１０は、図１、図２に示すように、枠体１０１と、枠体１０１内部に設けられた造形ステージ１０２とを有している。
枠体１０１は、枠状の部材で構成されている。
【００２９】
造形ステージ１０２は、ＸＹ平面において矩形型の形状を有している。
造形ステージ１０２は、図示せぬ駆動手段によってＺ軸方向に可動（昇降）するよう構成されている。
【００３０】
枠体１０１の内壁面と造形ステージ１０２とで形成される領域に層１が形成される。
また、造形部１０は、図示せぬ駆動手段によってＸ軸方向に駆動可能となっている。
【００３１】
そして、造形部１０が、Ｘ軸方向、すなわち、後述する吐出部１６の描画領域へ移動することで、吐出部１６によって層１に結合液が吐出される。
【００３２】
供給手段１１は、供給領域１２に三次元造形用組成物を供給する機能を有している。
本実施形態では、供給手段１１は、Ｘ軸方向に駆動可能となっており、Ｘ軸方向に移動しつつ、供給領域１２に三次元造形用組成物を供給するよう構成されている。
【００３３】
供給領域１２は、Ｘ軸方向に長尺の長方形状をなしており、枠体１０１の一辺と接するように設けられている。また、供給領域１２は、枠体１０１の上面と面一となるように設けられている。
【００３４】
供給領域１２に供給された三次元造形用組成物は、後述するスキージ１３により、造形ステージ１０２に搬送され、層１を形成する。
【００３５】
スキージ（層形成手段）１３は、Ｘ軸方向に長尺の板状をなしている。また、スキージ１３は、図示せぬ駆動手段によってＹ軸方向に駆動するよう構成されている。また、スキージ１３は、Ｙ軸方向への移動に際して、その短軸方向の先端が、枠体１０１の上面および供給領域１２と接するよう構成されている。
【００３６】
このスキージ１３は、Ｙ軸方向に移動しながら、供給領域１２に供給された三次元造形用組成物を造形ステージ１０２に搬送し、造形ステージ１０２上に層１を形成する。
【００３７】
本実施形態では、スキージ１３の移動方向と、造形部１０の移動方向とが交差（直交）するよう構成されている。このような構成とすることにより、吐出部１６による結合液の吐出が行われている際に、次の層１の形成の準備を行うことができ、三次元造形物の生産効率を向上させることができる。
【００３８】
回収部１４は、上面が開口した箱状の部材であり、造形部１０とは別体として設けられている。この回収部１４は、層１の形成で余剰となった三次元造形用組成物を回収する機能を有している。
【００３９】
回収部１４は、枠体１０１と接しており、枠体１０１を介して供給領域１２と対向するように設けられている。
【００４０】
スキージ１３によって運ばれた余剰の三次元造形用組成物は、この回収部１４で回収され、回収された三次元造形用組成物は、再利用に供される。
【００４１】
加熱手段１５は、層１を加熱して、層１を乾燥させる機能を有している。すなわち、層１中に含まれる溶媒の少なくとも一部を除去する機能を有している。
【００４２】
加熱手段１５は、図示せぬ駆動手段によってＹ軸方向に移動して、層１を加熱するよう構成されている。
【００４３】
吐出部１６は、形成した層１に対して結合液を吐出する機能を有している。
具体的には、造形ステージ１０２上に層１を形成した造形部１０がＸ軸方向に移動し、吐出部１６の下部の描画領域に差し掛かった際に、層１に対して吐出部１６から結合液が吐出される。
【００４４】
吐出部１６は、インクジェット方式で、結合液の液滴を吐出する液滴吐出ヘッドが搭載されている。また、吐出部１６は、図示せぬ結合液供給部を備えている。本実施形態では、いわゆるピエゾ駆動方式の液滴吐出ヘッドが採用されている。
【００４５】
紫外線照射手段１７は、吐出部１６のＸ軸方向の両端に２つ設けられている。
紫外線照射手段１７は、層１に対して紫外線を照射することにより、層１中の結合液を硬化させ、層１中の粒子同士を結合させる機能を有している。
【００４６】
清掃手段１８は、供給領域１２上に移動して、供給領域１２に付着した三次元造形用組成物およびその固形分を除去・清掃する機能を有している。
【００４７】
本実施形態では、清掃手段１８は、図３に示すように、清掃手段本体１８０と、清掃手段本体１８０の下部に設けられた拭き取り部材１８１と、当該拭き取り部材１８１に対して洗浄液を付与する洗浄液付与手段１８１１を有している。
【００４８】
清掃手段本体１８０は、図示せぬ駆動手段によってＹ軸方向に移動して、供給領域１２上に移動するよう構成されている。
【００４９】
また、清掃手段本体１８０は、その下部に拭き取り部材１８１が設けられている。
清掃手段本体１８０内には、拭き取り部材１８１をＸ軸方向に駆動する駆動手段が設けられている。
【００５０】
拭き取り部材１８１は、ブロック状の部材で、清掃手段１８が供給領域１２の上側に移動して停止した状態で、清掃手段本体１８０内部に設けられた駆動手段によってＸ軸方向に駆動するよう構成されている。そして、拭き取り部材１８１の下面が、供給領域１２の上面に対して摺動するよう構成されている。
【００５１】
拭き取り部材１８１は、例えば、繊維性多孔質材で構成されている。繊維性多孔質材としては、例えば、織編物、不織布、紙類、短繊維の集合体等が挙げられる。ここで、織編物とは、織物、編物またはこれに類するものを含む。不織布を用いる場合、繊維の充填密度（嵩密度）等は特に限定されない。布は、その表面に接触するものを吸収しやすく、供給領域１２に付着した三次元造形用組成物およびその固形分を吸収除去する作用を強くすることができる。紙類としては、通常の紙（洋紙、和紙）や、各種合成紙を用いることができる。
【００５２】
洗浄液付与手段１８１１は、拭き取り部材１８１に対して洗浄液を付与する機能を備えている。
【００５３】
なお、洗浄液としては、例えば、水、アルコール等の揮発性溶媒、三次元造形用組成物に含まれる溶媒、各種オイル等の液状材料等が挙げられる。必要に応じて、その他の添加剤、例えば、界面活性剤、保湿剤などを添加しても良い。これにより、清掃効果をより高いものとすることができる。
【００５４】
なお、上述した説明では、層形成手段として、スキージ１３を用いた場合について説明したが、スキージに限定されず、例えば、ローラーであってもよい。
【００５５】
また、回収部１４には、スキージ１３に付着した三次元造形用組成物を除去する除去手段を設けてもよい。除去手段としては、超音波、ふき取り、静電気等を用いることができる。
【００５６】
また、上記説明では、紫外線照射手段１７を有するものとして説明したが、これに限定されない。例えば、結合剤が熱硬化性樹脂を含む場合には、加熱手段であってもよい。
【００５７】
２．三次元造形物製造装置の第２実施形態
次に、本発明の三次元造形物製造装置の第２実施形態について説明する。
【００５８】
図４は、本発明の三次元造形物製造装置の清掃手段の第２実施形態を示す側面図である。以下の説明では、図中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。
【００５９】
なお、以下の説明では、第２実施形態の三次元造形物製造装置に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。
【００６０】
本実施形態の三次元造形物製造装置１００では、清掃手段１８が、図４に示すような構成である点で、前述した実施形態と異なっており、それ以外については前述した実施形態と同様の構成となっている。
【００６１】
本実施形態において、清掃手段１８は、エンドレスのベルト部材で構成された拭き取り部材１８２と、図示しないモーターの駆動力が伝達されるベルト駆動ローラー１８３と、従動ローラー１８４、１８５および１８６と、拭き取り部材１８２に付着した三次元造形用組成物およびその固形分を除去・回収する付着物回収部１８７と、拭き取り部材１８２に洗浄液を付与する洗浄液付与手段１８８と、を有している。
【００６２】
ベルト駆動ローラー１８３、従動ローラー１８４、１８５および１８６は、Ｘ軸方向に長尺のローラーである。
【００６３】
ベルト駆動ローラー１８３は、反時計回りに回転駆動し、ベルト部材で構成された拭き取り部材１８２を駆動する機能を有している。
【００６４】
従動ローラー１８４は、ベルト駆動ローラー１８３よりも供給領域１２側に設けられており、拭き取り部材１８２の駆動とともに、反時計回りに回転するよう構成されている。
【００６５】
従動ローラー１８５は、ベルト駆動ローラー１８３の下側に設けられており、拭き取り部材１８２の駆動とともに、反時計回りに回転するよう構成されている。
【００６６】
従動ローラー１８６は、ベルト駆動ローラー１８３の近傍に設けられており、拭き取り部材１８２の駆動とともに、反時計回りに回転するよう構成されている。また、従動ローラー１８６は、従動ローラー１８４側から移動してくる拭き取り部材１８２を、従動ローラー１８５方向に方向転換する機能を有している。
【００６７】
ベルト部材で構成された拭き取り部材１８２は、ベルト駆動ローラー１８３と、従動ローラー１８４、１８５および１８６とによって張架されている。
【００６８】
拭き取り部材１８２は、従動ローラー１８４の下側近傍において、供給領域１２と接触しており、供給領域１２表面の清掃を行う機能を有している。
【００６９】
拭き取り部材１８２は、供給領域１２側の表面が繊維性多孔質材で構成されている。繊維性多孔質材については、上記と同じであるので、その説明を省略する。
【００７０】
供給領域１２の表面を清掃することで拭き取り部材１８２に付着した三次元造形用組成物およびその固形分等の付着物は、付着物回収部１８７に回収される。
【００７１】
付着物回収部１８７は、上面が開口した箱状の部材であり、その内部に、拭き取り部材１８２に付着した三次元造形用組成物およびその固形分等を除去する除去液１８９が充填されている。図示の構成のように、除去液１８９中に拭き取り部材１８２を浸漬することで、拭き取り部材１８２に付着した三次元造形用組成物およびその固形分等を除去することができる。
除去液としては、上述した洗浄液と同様のものを挙げることができる。
【００７２】
また、ベルト駆動ローラー１８３の近傍における拭き取り部材１８２と対向するように、洗浄液付与手段１８８が設けられている。
洗浄液付与手段１８８は、拭き取り部材１８２に対して洗浄液を付与する。
【００７３】
上述したような清掃手段１８は、ベルト駆動ローラー１８３の駆動によって、ベルト状の拭き取り部材１８２が駆動し、拭き取り部材１８２の表面が、供給領域１２の表面を摺動することで、供給領域１２の表面の清掃を行うよう構成されている。
【００７４】
なお、ベルト駆動ローラー１８３、従動ローラー１８４、１８５および１８６が反時計回りに回転するものとして説明したが、時計回りに回転してもよい。この場合、洗浄液付与手段１８８の位置を、従動ローラー１８６側に設置する。
【００７５】
３．三次元造形物製造装置の第３実施形態
次に、本発明の三次元造形物製造装置の第３実施形態について説明する。
【００７６】
図５は、本発明の三次元造形物製造装置の清掃手段の第３実施形態を示す側面図である。以下の説明では、図中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。
【００７７】
なお、以下の説明では、第３実施形態の三次元造形物製造装置に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。
【００７８】
本実施形態の三次元造形物製造装置１００では、清掃手段１８が、図５に示すような構成である点で、前述した実施形態と異なっており、それ以外については前述した実施形態と同様の構成となっている。
【００７９】
本実施形態において、清掃手段１８は、供給領域１２の表面に付着した三次元造形用組成物およびその固形分等を掻き取る掻き取り部材１８０１と、掻き取った付着物を回収する付着物回収部１８０２と、供給領域１２に洗浄液を付与する洗浄液付与手段１８０３と、を有している。
掻き取り部材１８０１は、Ｙ軸方向に長尺のブレード状の部材で構成されている。
【００８０】
そして、掻き取り部材１８０１の下方向の先端は、供給領域１２の表面に接触しており、−Ｘ軸方向（図中右から左方向）に移動することで、供給領域１２の表面に付着した三次元造形用組成物およびその固形分等の付着物を掻き取るよう構成されている。
【００８１】
付着物回収部１８０２は、上面が開口した箱状の部材であり、掻き取り部材１８０１によって掻き取られた付着物を回収する機能を備えている。
【００８２】
洗浄液付与手段１８０３は、供給領域１２に洗浄液を付与することにより、掻き取り部材１８０１による供給領域１２の表面に付着した付着物の掻き取りを容易にする機能を備えている。
【００８３】
なお、付着物回収部１８０２を１つ有する構成について説明したが、図５中における供給領域１２の左右に２つの付着物回収部１８０２を設けてもよい。
【００８４】
４．三次元造形物製造装置の第４実施形態
次に、本発明の三次元造形物製造装置の第４実施形態について説明する。
【００８５】
図６は、本発明の三次元造形物製造装置の清掃手段の第４実施形態を示す側面図である。以下の説明では、図中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。
【００８６】
なお、以下の説明では、第４実施形態の三次元造形物製造装置に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。
【００８７】
本実施形態の三次元造形物製造装置１００では、供給領域１２および清掃手段１８が、図６に示すような構成である点で、前述した実施形態と異なっており、それ以外については前述した実施形態と同様の構成となっている。
【００８８】
本実施形態において、供給領域１２は、Ｘ軸方向に長尺の板状部材で構成され、軸１２０を中心に回転可能となっている。
【００８９】
また、供給領域１２の下側には、供給領域１２に付着した三次元造形用組成物およびその固形分等を掻き取る掻き取り部材１８０１と、掻き取った付着物を回収する付着物回収部１８０２と、が設けられている。
【００９０】
掻き取り部材１８０１は、Ｘ軸方向に長尺のブレード状の部材で構成されている。
掻き取り部材１８０１のＺ軸方向の先端（ブレードの先端）は、供給領域１２の下面と接触している。
また、掻き取り部材１８０１は、Ｙ軸方向に移動するよう構成されている。
【００９１】
供給領域１２の下部には、供給領域１２に対して洗浄液を付与する洗浄液付与手段１８０３が設けられている。
【００９２】
このような構成の三次元造形物製造装置１００において、供給領域１２に供給された三次元造形用組成物が層１の形成のために移動させられた後に、供給領域１２は、軸１２０を中心に回転する。これにより、付着物が付いていない面が上側となり、付着物が付着した面が下面となる。すなわち、付着物が付着した供給面から新たな供給面に切り替わる。
【００９３】
付着物が付着していない上面（供給面）には新たな三次元造形用組成物が供給される。
そして、付着物が付着した下面は、掻き取り部材１８０１によって付着物が掻き取られ、付着物が除去される。掻き取られた付着物は、付着物回収部１８０２に回収される。
【００９４】
５．三次元造形物製造装置の第５実施形態
次に、本発明の三次元造形物製造装置の第５実施形態について説明する。
【００９５】
図７は、本発明の三次元造形物製造装置の清掃手段の第５実施形態を示す、図２の右側から見た側面図である。以下の説明では、図中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。
【００９６】
なお、以下の説明では、第５実施形態の三次元造形物製造装置に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。
【００９７】
本実施形態の三次元造形物製造装置１００では、供給領域１２および清掃手段１８が、図７に示すような構成である点で、前述した実施形態と異なっており、それ以外については前述した実施形態と同様の構成となっている。
【００９８】
本実施形態において、供給領域１２は、エンドレスのベルト部材１２１と、ベルト駆動ローラー１２２と、従動ローラー１２３と、を有している。
【００９９】
ベルト部材１２１は、ベルト駆動ローラー１２２の回転駆動によって、時計回りに回転移動するよう構成されている。
【０１００】
ベルト部材１２１は、金属材料で構成されている。金属材料としては、例えば、鉄、アルミニウム、ステンレス等が挙げられる。
【０１０１】
また、ベルト部材１２１は、ポリウレタン等の樹脂ベルトで構成されていてもよい。
ベルト部材１２１は、図示しないモーターの駆動力が伝達されるベルト駆動ローラー１２２および従動ローラー１２３によって張架されている。
【０１０２】
図７中の上側および下側のベルト部材１２１のＸ軸方向の長さは、造形ステージ１０２のＸ軸方向の幅よりも大きくなるよう構成されている。
【０１０３】
ベルト駆動ローラー１２２は、時計回りに駆動し、ベルト部材１２１を時計回りに回転させる機能を有している。
【０１０４】
従動ローラー１２３は、ベルト部材１２１の回転に伴って回転するよう構成されている。
【０１０５】
本実施形態では、上側のベルト部材１２１の表面には、供給手段１１によって、三次元造形用組成物が供給される。そして、図中上側のベルト部材１２１の図中のＸ軸方向（右方向）の移動に伴って、供給領域１２のＸ軸方向に三次元造形用組成物が供給されるよう構成されている。
【０１０６】
図７中の下側のベルト部材１２１の下面側には、清掃手段１８が設けられている。
清掃手段１８は、掻き取り部材１８０１と、付着物回収部１８０２と、洗浄液付与手段１８０３と、を有している。
【０１０７】
掻き取り部材１８０１は、Ｙ軸方向に長尺のブレード状の部材で構成されている。
掻き取り部材１８０１のＺ軸方向の先端（ブレードの先端）は、下側のベルト部材１２１の下面と接触している。
【０１０８】
掻き取り部材１８０１は、下側のベルト部材１２１の下面側に固定されており、ベルト部材１２１の移動によって、ベルト部材１２１に付着した付着物を掻き取るよう構成されている。
【０１０９】
付着物回収部１８０２は、上面が開口した箱状の部材であり、掻き取り部材１８０１によって掻き取られた付着物を回収する機能を備えている。
【０１１０】
洗浄液付与手段１８０３は、ベルト部材１２１の表面に洗浄液を付与する機能を備えている。
【０１１１】
このような三次元造形物製造装置１００では、上側のベルト部材１２１上に供給された三次元造形用組成物が層１の形成に使用された後に、ベルト駆動ローラー１２２によってベルト部材１２１を回転させて、ベルト部材１２１の付着物の付いていない面を上側に移動させて、ベルト部材１２１の付着物の付いている面を下側に移動させる。これにより、供給面が新たな供給面に切り替わる。
【０１１２】
この移動の際に、ベルト部材１２１に付着した付着物は、掻き取り部材１８０１によって掻き取られる。
【０１１３】
６．三次元造形用組成物
次に、三次元造形用組成物について詳細に説明する。
三次元造形用組成物は、複数の粒子と溶媒とを含むものである。
【０１１４】
以下、各成分について詳細に説明する。
≪粒子≫
粒子としては、いかなる粒子を用いることができるが、多孔質の粒子（多孔質粒子）で構成されていることが好ましい。これにより、三次元造形物を製造する際に、結合液を空孔内に好適に侵入させることができ、結果として、機械的強度に優れた三次元造形物の製造に好適に用いることができる。
【０１１５】
粒子の構成材料としては、例えば、無機材料や有機材料、これらの複合体等が挙げられる。
【０１１６】
粒子を構成する無機材料としては、例えば、各種金属や金属化合物等が挙げられる。金属化合物としては、例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコン、酸化錫、酸化マグネシウム、チタン酸カリウム等の各種金属酸化物；水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム等の各種金属水酸化物；窒化珪素、窒化チタン、窒化アルミ等の各種金属窒化物；炭化珪素、炭化チタン等の各種金属炭化物；硫化亜鉛等の各種金属硫化物；炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の各種金属の炭酸塩；硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム等の各種金属の硫酸塩；ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム等の各種金属のケイ酸塩；リン酸カルシウム等の各種金属のリン酸塩；ホウ酸アルミニウム、ホウ酸マグネシウム等の各種金属のホウ酸塩や、これらの複合化物等が挙げられる。
【０１１７】
粒子を構成する有機材料としては、例えば、合成樹脂、天然高分子等が挙げられ、より具体的には、ポリエチレン樹脂；ポリプロピレン；ポリエチレンオキサイド；ポリプロピレンオキサイド、ポリエチレンイミン；ポリスチレン；ポリウレタン；ポリウレア；ポリエステル；シリコーン樹脂；アクリルシリコーン樹脂；ポリメタクリル酸メチル等の（メタ）アクリル酸エステルを構成モノマーとする重合体；メタクリル酸メチルクロスポリマー等の（メタ）アクリル酸エステルを構成モノマーとするクロスポリマー（エチレンアクリル酸共重合樹脂等）；ナイロン１２、ナイロン６、共重合ナイロン等のポリアミド樹脂；ポリイミド；カルボキシメチルセルロース；ゼラチン；デンプン；キチン；キトサン等が挙げられる。
【０１１８】
粒子の平均粒径は、特に限定されないが、１μｍ以上２５μｍ以下であるのが好ましく、１μｍ以上１５μｍ以下であるのがより好ましい。これにより、三次元造形物の機械的強度を特に優れたものとすることができるとともに、製造される三次元造形物における不本意な凹凸の発生等をより効果的に防止し、三次元造形物の寸法精度を特に優れたものとすることができる。また、三次元造形用粉末の流動性、三次元造形用粉末を含む三次元造形用組成物の流動性を特に優れたものとし、三次元造形物の生産性を特に優れたものとすることができる。なお、本発明において、平均粒径とは、体積基準の平均粒径を言い、例えば、サンプルをメタノールに添加し、超音波分散器で３分間分散した分散液をコールターカウンター法粒度分布測定器（ＣＯＵＬＴＥＲ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ  ＩＮＳ製ＴＡ−ＩＩ型）にて、５０μｍのアパチャーを用いて測定することにより求めることができる。
【０１１９】
粒子のＤｍａｘは、３μｍ以上４０μｍ以下であるのが好ましく、５μｍ以上３０μｍ以下であるのがより好ましい。これにより、三次元造形物の機械的強度を特に優れたものとすることができるとともに、製造される三次元造形物における不本意な凹凸の発生等をより効果的に防止し、三次元造形物の寸法精度を特に優れたものとすることができる。また、三次元造形用粉末の流動性、三次元造形用粉末を含む三次元造形用組成物の流動性を特に優れたものとし、三次元造形物の生産性を特に優れたものとすることができる。
【０１２０】
三次元造形用組成物中における三次元造形用粉末の含有率は、１０質量％以上９０質量％以下であるのが好ましく、１５質量％以上５８質量％以下であるのがより好ましい。粒子は多孔性であってもよく、かさ密度が概ね０．１ｇ／ｃｍ３〜１．０ｇ／ｃｍ３の範囲が適当であり、０．１５ｇ／ｃｍ３〜０．５ｇ／ｃｍ３の範囲の多孔性粉末がより好ましい。これにより、三次元造形用組成物の流動性を十分に優れたものとしつつ、最終的に得られる三次元造形物の機械的強度を特に優れたものとすることができる。
【０１２１】
≪溶媒≫
三次元造形用組成物は、溶媒を含んでいる。溶媒を含むことにより、三次元造形用組成物の流動性を特に優れたものとし、三次元造形物の生産性を特に優れたものとすることができる。また、溶媒を含むことにより、乾燥後において層１の端部の崩壊をより効果的に防止することができる。
【０１２２】
三次元造形用組成物を構成する溶媒としては、特に限定されないが、水系溶媒を用いるのが好ましい。水系溶媒としては、水および／または水との相溶性に優れる液体で構成されたものであるが、主として水で構成されたものであるのが好ましく、特に、水の含有率が７０ｗｔ％以上のものであるのが好ましく、９０ｗｔ％以上のものであるのがより好ましい。これにより、水溶性樹脂をより確実に溶解することができ、三次元造形用組成物の流動性、三次元造形用組成物を用いて形成される層１の組成の均一性を特に優れたものとすることができる。また、水は層１形成後の除去が容易であるとともに、三次元造形物中に残存した場合においても悪影響を与えにくい。また、人体に対する安全性、環境問題の観点等からも有利である。
【０１２３】
三次元造形用組成物中における溶媒の含有率は、５質量％以上７５質量％以下であるのが好ましく、３５質量％以上７０質量％以下であるのがより好ましい。これにより、前述したような溶媒を含むことによる効果がより顕著に発揮されるとともに、三次元造形物の製造過程において溶媒を短時間で容易に除去することができるため、三次元造形物の生産性向上の観点から有利である。
【０１２４】
特に、三次元造形用組成物が溶媒として水を含むものである場合、三次元造形用組成物中における水の含有率は、２０質量％以上７３質量％以下であるのが好ましく、５０質量％以上７０質量％以下であるのがより好ましい。これにより、前述したような効果がより顕著に発揮される。
【０１２５】
≪水溶性樹脂≫
三次元造形用組成物は、複数個の粒子とともに、水溶性樹脂を含むものであってもよい。水溶性樹脂を含むことにより、粒子同士を結合（仮固定）することができ、層１の端部の崩壊をより効果的に防止することができる。また、粒子同士を結合（仮固定）し、粒子の不本意な飛散等を効果的に防止することができる。これにより、作業者の安全や、製造される三次元造形物の寸法精度の向上を図ることができる。また、水溶性樹脂は、粒子表面との親和性が高いため、粒子表面を容易に被覆することができる。
【０１２６】
水溶性樹脂としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸アンモニウム、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミンからなる群から選択される少なくとも１種を含むものを用いるのが好ましい。これにより、水溶性樹脂と粒子との親和性（水溶性樹脂が有する水溶性の官能基と粒子表面の水酸基またはカルボキシル基またはアミノ基との間で水素結合）を特に高いものとすることができる。
【０１２７】
≪その他の成分≫
また、三次元造形用組成物は、前述した以外の成分を含むものであってもよい。このような成分としては、例えば、重合開始剤；重合促進剤；浸透促進剤；湿潤剤（保湿剤）；定着剤；防黴剤；防腐剤；酸化防止剤；紫外線吸収剤；キレート剤；ｐＨ調整剤等が挙げられる。
【０１２８】
７．結合液
次に、結合液について詳細に説明する。
【０１２９】
≪結合剤≫
結合液は、少なくとも結合剤を含むものである。
結合剤は、硬化することによって、粒子を結合する機能を備えた成分である。
【０１３０】
結合剤としては、例えば、熱可塑性樹脂；熱硬化性樹脂；可視光領域の光により硬化する可視光硬化性樹脂（狭義の光硬化性樹脂）、紫外線硬化性樹脂、赤外線硬化性樹脂等の各種光硬化性樹脂；Ｘ線硬化性樹脂等が挙げられ、これらから選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。中でも、得られる三次元造形物の機械的強度や三次元造形物の生産性等の観点から、結合剤は、硬化性樹脂が好ましい。また、各種硬化性樹脂の中でも、得られる三次元造形物の機械的強度や三次元造形物の生産性、結合液の保存安定性等の観点から、特に、紫外線硬化性樹脂（重合性化合物）が好ましい。
【０１３１】
紫外線硬化性樹脂としては、紫外線照射により、光重合開始剤から生じるラジカル種またはカチオン種等により、付加重合または開環重合が開始され、重合体を生じるものが好ましく使用される。付加重合の重合様式として、ラジカル、カチオン、アニオン、メタセシス、配位重合が挙げられる。また、開環重合の重合様式として、カチオン、アニオン、ラジカル、メタセシス、配位重合が挙げられる。
【０１３２】
結合液中における結合剤の含有率は、８０質量％以上であるのが好ましく、８５質量％以上であるのがより好ましい。これにより、最終的に得られる三次元造形物の機械的強度を特に優れたものとすることができる。
【０１３３】
≪その他の成分≫
また、結合液は、前述した以外の成分を含むものであってもよい。このような成分としては、例えば、顔料、染料等の各種着色剤；分散剤；界面活性剤；重合開始剤；重合促進剤；溶剤；浸透促進剤；湿潤剤（保湿剤）；定着剤；防黴剤；防腐剤；酸化防止剤；紫外線吸収剤；キレート剤；ｐＨ調整剤；増粘剤；フィラー；凝集防止剤；消泡剤等が挙げられる。
【０１３４】
特に、結合液が着色剤を含むことにより、着色剤の色に対応する色に着色された三次元造形物を得ることができる。
【０１３５】
特に、着色剤として、顔料を含むことにより、結合液、三次元造形物の耐光性を良好なものとすることができる。顔料は、無機顔料および有機顔料のいずれも使用することができる。
【０１３６】
結合液が顔料を含むものである場合、当該顔料の平均粒径は、３００ｎｍ以下であるのが好ましく、５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下であるのがより好ましい。これにより、結合液の吐出安定性や結合液中における顔料の分散安定性を特に優れたものとすることができるとともに、より優れた画質の画像を形成することができる。
【０１３７】
また、染料としては、例えば、酸性染料、直接染料、反応性染料、および塩基性染料等が挙げられ、これらから選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【０１３８】
また、結合液の粘度は、７ｍＰａ・ｓ以上２５ｍＰａ・ｓ以下であるのが好ましく、１０ｍＰａ・ｓ以上２０ｍＰａ・ｓ以下であるのがより好ましい。これにより、インクジェット法による結合液の吐出安定性を特に優れたものとすることができる。
また、三次元造形物の製造には、複数種の結合液を用いてもよい。
【０１３９】
例えば、着色剤を含む結合液（カラーインク）と、着色剤を含まない結合液（クリアインク）とを用いてもよい。これにより、例えば、三次元造形物の外観上、色調に影響を与える領域に付与する結合液として着色剤を含む結合液を用い、三次元造形物の外観上、色調に影響を与えない領域に付与する結合液として着色剤を含まない結合液を用いてもよい。また、最終的に得られる三次元造形物において、着色剤を含む結合液を用いて形成された領域の外表面に、着色剤を含まない結合液を用いた領域（コート層）を設けるように、複数種の結合液を併用してもよい。
【０１４０】
また、例えば、異なる組成の着色剤を含む複数種の結合液を用いてもよい。これにより、これらの結合液の組み合わせにより、表現できる色再現領域を広いものとすることができる。
【０１４１】
また、白色（ホワイト）の結合液を、他の有色の結合液と併用することにより、例えば、以下のような効果が得られる。すなわち、最終的に得られる三次元造形物を、白色（ホワイト）の結合液が付与された第１の領域と、第１の領域と重なり合い、かつ、第１の領域よりも外表面側に設けられた白色以外の有色の結合液が付与された領域とを有するものとすることができる。これにより、白色（ホワイト）の結合液が付与された第１の領域が隠蔽性を発揮することができ、三次元造形物の彩度をより高めることができる。
【０１４２】
７．三次元造形物
本発明の三次元造形物は、前述したような三次元造形物製造装置を用いて製造されたものである。これにより、信頼性の高い三次元造形物を提供することができる。
【０１４３】
本発明の三次元造形物の用途は、特に限定されないが、例えば、人形、フィギュア等の鑑賞物・展示物；インプラント等の医療機器等が挙げられる。
【０１４４】
また、本発明の三次元造形物は、プロトタイプ、量産品、オーダーメード品のいずれに適用されるものであってもよい。
【０１４５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【０１４６】
例えば、前述した実施形態では、回収部と造形部とが別体となっている構成について説明したが、これに限定されず、回収部と造形部とは一体的に構成されていてもよい。この場合、スキージは移動せずに、造形部および回収部の移動によって層を形成するものであってもよい。
【符号の説明】
【０１４７】
１        ：層
１０      ：造形部
１１      ：供給手段
１２      ：供給領域
１３      ：スキージ
１４      ：回収部
１５      ：加熱手段
１６      ：吐出部
１７      ：紫外線照射手段
１８      ：清掃手段
１００    ：三次元造形物製造装置
１０１    ：枠体
１０２    ：造形ステージ
１２０    ：軸
１２１    ：ベルト部材
１２２    ：ベルト駆動ローラー
１２３    ：従動ローラー
１８０    ：清掃手段本体
１８１    ：拭き取り部材
１８２    ：拭き取り部材
１８３    ：ベルト駆動ローラー
１８４    ：従動ローラー
１８５    ：従動ローラー
１８６    ：従動ローラー
１８７    ：付着物回収部
１８８    ：洗浄液付与手段
１８９    ：除去液
１８０１  ：掻き取り部材
１８０２  ：付着物回収部
１８０３  ：洗浄液付与手段
１８１１  ：洗浄液付与手段
【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】
2016190381.tif 000008
【図７】
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