(57)【要約】【課題】立体造形物の一部に欠陥が発生することを抑制する立体造形用混合粉体を提供する。【解決手段】立体造形用混合粉体１０によれば、無機粉体は平均粒径１５μｍ以下の親水性粒子であり、立体造形用混合粉体１０に対して０．０１重量％以上５重量％以下の範囲内で含有される。このため、α半水石膏の凝集力が低下され、立体造形用混合粉体１０は圧縮度が２５％以下となりその流動性が高められることから、立体造形物成形装置１２の造形槽３１内において層状固化物３２の一層分の厚みと等しく水平に均一にローラ２９により充填される。これにより、成形される立体造形物３０の一部に欠陥が発生することを抑制することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半水石膏、石膏硬化促進剤、無機粉体から成る立体造形用混合粉体であって、前記無機粉体は前記半水石膏の粒径より小径の親水性粒子であり、前記半水石膏および前記石膏硬化促進剤の合計１００重量％に対して、０．０１重量％〜５重量％の範囲内で含有されることを特徴とする立体造形用混合粉体。
【請求項２】
前記無機粉体は、その平均粒径が１５μｍ以下であることを特徴とする請求項１の立体造形用混合粉体。
【請求項３】
前記無機粉体は、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、マグネシアの少なくとも１つを含む金属酸化物、炭化物、炭酸塩、リン酸塩のうち少なくとも１種類を含むことを特徴とする請求項１または２の立体造形用混合粉体。
【請求項４】
前記石膏硬化促進剤は、二水石膏、アルカリ金属硫酸塩、アルカリ土類金属硫酸塩、アルカリ金属塩化物塩、アルカリ土類金属塩化物塩、無機酸のアンモニウム塩、ミョウバン類から選ばれた１種または２種以上から成る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１の立体造形用混合粉体。
【請求項５】
前記立体造形用混合粉体は、水溶性ポリマーを前記立体造形用混合粉体に対して０〜１０重量％含有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１の立体造形用混合粉体。
【請求項６】
前記立体造形用混合粉体は、層状に充填された前記立体造形用混合粉体の少なくとも一部が水を溶媒とする造形液によって固化された層状固化物を順次積層することにより立体造形物を成形する立体造形物成形装置において用いられることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１の立体造形用混合粉体。
【請求項７】
前記請求項１ないし６のいずれか１の立体造形用混合粉体と、水を溶媒とする造形液とから生成される生成物が層状に積層されることによって形成される立体造形物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体造形用混合粉体に関し、とりわけそれを用いて成形される立体造形物の一部に欠陥が生じることを抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、立体造形物を構成するための立体造形用混合粉体と造形液とを混合して、立体造形物を成形する立体造形物成形装置が知られている。このような立体造形物成形装置では、立体造形物が成形される基台上に投入されローラにより均一な厚みに充填された立体造形用混合粉体にインクジェットヘッドなどによって造形液が所定の範囲に射出されることによってその所定の範囲のみが固化された層状固化物が得られ、この層状固化物が順次積層されることにより所望形状の立体造形物が成形されるというものである。
【０００３】
上記のような立体造形物成形装置に適用される種々の立体造形用混合粉体が提案されている。たとえば、特許文献１の立体造形用混合粉体がそれである。特許文献１の立体造形用混合粉体は、加水されると速やかに硬化して石膏（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）となる性質を有する半水石膏（ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ）に石膏硬化促進剤が混合されたものである。これにより、たとえば樹脂などを含み複雑な反応により硬化が行われる従来の立体造形用混合粉体と比較して、成形時の硬化速度が速められて成形直後の立体造形物に十分な強度が付与されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２４１２９５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、上記特許文献１の立体造形用混合粉体には半水石膏が含まれるため、立体造形用混合粉体の凝集力が高い。このため、立体造形用混合粉体は、立体造形物成形装置の基台上にローラにより層状に敷かれる際に、既に下層として敷かれている混合粉体との間で凝集してしまう、あるいは空気中の水分によりローラの表面に付着してしまうことにより、下層上に均一な層として充填されず、その状態で造形液が作用されてしまうと、それにより成形される立体造形物はその一部に欠けなどの欠陥を生じる可能性があるという問題があった。
【０００６】
図１１は、上記のような立体造形物成形装置において、上記の従来の半水石膏を含む立体造形用混合粉体を用いて成形された立体造形物である食器１１０を示す写真である。この食器１１０は、白抜き矢印で示される部分においてその一部が欠損しており、また層状の造形不良が形成されている。なお、上記欠損の発生は、立体造形用混合粉体が均一に下層上に充分に敷かれないことにより予定されていた層に層状固化物が充分に形成されない部位が生じることを原因とする。
【０００７】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、立体造形用混合粉体の充填不足が発生することを抑制する立体造形用混合粉体を提供することにある。
【０００８】
本発明者は、上記事情を背景とし、立体造形用混合粉体中の半水石膏の凝集力を低下させるべく鋭意研究を重ねた結果、たとえば平均粒径が１５μｍ以下の半水石膏の粒子より小径の親水性の無機粉体は、半水石膏の表面に吸着されやすい小径粒子であることから半水石膏同士の凝集力を弱める性質を有し、上記無機粉体が所定の割合で含有された立体造形用混合粉体はその流動性が高められて、立体造形物成形装置に均一に充填されるという事実を見出すに至ったものである。本発明は斯かる知見に基づき為されたものである。さらに、本発明者は、立体造形用混合粉体の上記流動性を圧縮度を指標として評価することができることを見出した。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明の要旨とするところは、半水石膏、石膏硬化促進剤、無機粉体から成る立体造形用混合粉体であって、前記無機粉体は前記半水石膏の粒径より小径の親水性粒子であり、前記半水石膏および前記石膏硬化促進剤の合計１００重量％に対して０．０１重量％〜５重量％の範囲内で含有されることにある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の立体造形用混合粉体によれば、前記無機粉体は前記半水石膏の平均粒径よりも小径、たとえば１／２〜１／１０の平均粒径を有する親水性粒子であり、前記半水石膏および前記石膏硬化促進剤の合計１００重量％に対して０．０１重量％〜５重量％の範囲内で含有される。このため、半水石膏の凝集力が低下され、立体造形用混合粉体の流動性が高められることから、立体造形物成形装置の基台上に立体造形用混合粉体が均一な厚みで充填される。このことから、立体造形用混合粉体の充填不足が発生することが抑制される。
【００１１】
ここで、好適には、前記無機粉体は、その平均粒径が１５μｍ以下である。このようにすれば、前記無機粉体は前記半水石膏の平均粒径よりも１／２以下の平均粒径を有するため、半水石膏の凝集力が低下され、立体造形用混合粉体の流動性が高められることから、立体造形物成形装置の基台上に立体造形用混合粉体が均一な厚みで充填される。これにより、立体造形用混合粉体の充填不足が発生することが抑制される。
【００１２】
また、好適には、前記無機粉体は、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、マグネシアの少なくとも１つを含む金属酸化物、炭化物、炭酸塩、リン酸塩のうち少なくとも１種類を含むものである。これらの無機粉体は、半水石膏の凝集力を好適に低下させ、立体造形用混合粉体の流動性を高めることから、立体造形物成形装置の基台上に立体造形用混合粉体が均一な厚みで充填される。これにより、立体造形用混合粉体の充填不足が発生することが抑制される。
【００１３】
また、好適には、前記無機粉体の前記炭化物としては、たとえば、炭化ケイ素などが例示される。また、前記炭酸塩としては、たとえば炭酸カルシウムなどが例示される。また、前記リン酸塩としては、たとえばリン酸カルシウムなどが例示される。
【００１４】
また、好適には、前記石膏硬化促進剤は、二水石膏、アルカリ金属硫酸塩、アルカリ土類金属硫酸塩、アルカリ金属塩化物塩、アルカリ土類金属塩化物塩、無機酸のアンモニウム塩、ミョウバン類から選ばれた１種または２種以上から成るものである。このような石膏硬化促進剤は実用的且つ安価な材料であるため、立体造形物の成形時の硬化速度を高める立体造形用混合粉体を安価に提供することができる。
【００１５】
また、好適には、前記立体造形用混合粉体は、水溶性ポリマーを前記立体造形用混合粉体に対して０〜１０重量％含有する。このようにすれば、水溶性ポリマーの保水効果により、立体造形物の成形時において、硬化速度の低下が抑制されつつ、成形直後の立体造形物の強度が高められる。
【００１６】
また、好適には、前記立体造形用混合粉体は、層状に充填された前記立体造形用混合粉体の少なくとも一部が水を溶媒とする造形液によって固化された層状固化物を順次積層することにより立体造形物を成形する立体造形物成形装置において用いられる。このため、上記のように立体造形物を成形する立体造形物成形装置に適用される立体造形用混合粉体は、立体造形物成形装置の基台上へ均一な厚みで充填されるため、立体造形用混合粉体の充填不足が発生することが抑制される。
【００１７】
また、好適には、立体造形用混合粉体と、水を溶媒とする造形液とから生成される生成物が層状に積層されることによって立体造形物が形成される。このようにすれば、立体造形用混合粉体が立体造形物成形装置に均一な厚みで充填された状態で造形液が作用されて層状に生成される生成物が積層されることにより形成された立体造形物は、その一部に欠陥が発生することが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の立体造形用混合粉体が適用される立体造形物成形装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の立体造形物成形装置の造形槽内への立体造形用混合粉体の充填工程を説明する図である。
【図３】図１の立体造形物成形装置における立体造形用混合粉体が硬化されて生成される層状固化物が積層される硬化、積層工程を説明する図である。
【図４】図１の立体造形物成形装置において成形された立体造形物の一例を示す写真である。
【図５】図１の立体造形物成形装置に用いられた立体造形用混合粉体のアエロジル含有割合に対する圧縮度を説明するグラフである。
【図６】図１の立体造形物成形装置に用いられた立体造形用混合粉体のアエロジル含有割合に対するカサ密度を説明するグラフである。
【図７】図１の立体造形物成形装置に用いられた立体造形用混合粉体のアエロジル含有割合に対する硬化時間を説明するグラフである。
【図８】図１の立体造形物成形装置に用いられた立体造形用混合粉体に含有される微粉シリカの粒径に対する圧縮度を説明するグラフである。
【図９】図１の立体造形物成形装置に用いられた立体造形用混合粉体に含有される微粉シリカの粒径に対するカサ密度を説明するグラフである。
【図１０】図１の立体造形物成形装置に用いられた立体造形用混合粉体のアエロジル含有の有無に対する篩通過時間の変化を説明するグラフである。
【図１１】従来の半水石膏が含まれる立体造形用混合粉体が、既に形成された下層上に充填され造形液が作用されて生成される層状固化物が積層されることにより立体造形物を成形する立体造形物成形装置に適用されて形成された立体造形物の一例を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の立体造形用混合粉体およびそれにより形成される立体造形物の一実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００２０】
図１は、立体造形用混合粉体１０が好適に適用される立体造形物成形装置１２の構成を示す概略図である。立体造形物成形装置１２は、水平な板状を有する基台フレーム１４と、基台フレーム１４に対して鉛直方向且つ上側に位置固定で設けられた矩形の枠部１６と、基台フレーム１４に対して略平行な水平面を有し、上記水平面が基台フレーム１４に対して略平行な状態を保ちつつ接近あるいは離隔される方向、すなわちｚ軸方向に昇降可能となるように枠部１６内に嵌め入れられた昇降基板１８と、モータ２０の駆動力により昇降基板１８を前記基台フレーム１４の水平面に対して接近あるいは離隔させる方向へ昇降させる基台駆動機構２２と、昇降基板１８の水平面に対して略平行な方向、すなわちｘｙ平面に平行な面内で移動可能に設けられ、先端部から水を溶媒とする造形液を射出するインクジェットヘッド２６と、インクジェットヘッド２６を昇降基板１８の水平面に対して略平行な方向に移動させるインクジェットヘッド駆動機構２８と、水平方向の軸まわりに回転させられつつ水平方向に移動可能に設けられ、立体造形用混合粉体１０を均一に敷くためのローラ２９（図２に示す）を備える。
【００２１】
図２は立体造形物成形装置１２による立体造形物３０の成形過程のうち立体造形用混合粉体１０の充填工程を詳細に説明する図である。立体造形用混合粉体１０は、平均粒径４０〜５０μｍのα半水石膏、石膏硬化促進剤および水溶性ポリマーが、水溶性ポリマーが全体の１０重量％以下の範囲となるように混合され、その混合物に対してα半水石膏の粒子よりも小径、たとえば１／２以下の平均粒径さらに好適には１／１０の平均粒径であって、たとえば平均粒径１５μｍ以下の親水性粒子である無機粉体が０．０１重量％以上５重量％以下の範囲内となるように添加されたものである。このため、立体造形用混合粉体１０は、後に詳述するその圧縮度は２５％以下である。また、立体造形用混合粉体１０に含まれる石膏硬化促進剤は、好適には、二水石膏（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）、アルカリ金属硫酸塩、アルカリ土類金属硫酸塩、アルカリ金属塩化物塩、アルカリ土類金属塩化物塩、無機酸のアンモニウム塩、およびミョウバン類から選ばれた１種または２種以上から成るものである。また、立体造形用混合粉体１０に含まれる無機粉体は、好適には、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、マグネシアの少なくとも１つを含む金属酸化物、炭化ケイ素などの炭化物、炭酸カルシウムなどの炭酸塩、リン酸カルシウムなどのリン酸塩のうち少なくとも１種類を含むものである。図２では、この立体造形用混合粉体１０が、昇降基板１８の上側且つ枠部１６の内側に対応する造形槽３１内において、立体造形用混合粉体１０が既に硬化されることにより生成された層状固化物３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆ、３２ｇ、３２ｈ、３２ｉが積層されることにより、立体造形物３０が途中まで成形されており、その上にさらに立体造形用混合粉体１０が充填される途中の状態が示されている。
【００２２】
この充填工程においては、始めに昇降基板１８が図中の白抜き矢印方向に層状固化物３２の厚みの分だけ下降させられる。次に、昇降基板１８の下降により生じた、下層の層状固化物３２ｉの上面および、硬化されていない立体造形用混合粉体１０の上面から成る見かけ上の表面と枠部１６とによって区画される空間を満たすに充分な量の立体造形用混合粉体１０が投入され、図２の矢印で示される方向にローラ２９が回転されつつ移動することにより、上記新たに充填された立体造形用混合粉体１０の上面が擦り切られて余分な立体造形用混合粉体１０が造形槽３１内から除去される。これにより、新たに充填された立体造形用混合粉体１０の上面と枠部１６の鉛直方向上端部の表面とが略同一面となるように、立体造形用混合粉体１０が造形槽３１内に充填される。ここで、立体造形用混合粉体１０は、その全体に対して０．０１重量％以上５重量％以下の範囲内で好適には平均粒径１５μｍ以下のα半水石膏の粒径よりも１／２以下さらに好適には１／１０以下の平均粒径を有する親水性粒子である無機粉体を含み、その圧縮度が２５％以下であるため、上記充填工程において層状固化物３２の一層分の厚みと等しく水平方向に均一に敷かれ造形槽３１内に充填される。
【００２３】
図３は立体造形物成形装置１２による立体造形物３０の成形過程のうち立体造形用混合粉体１０の硬化、積層工程を詳細に説明する図である。上記充填工程において造形槽３１内に均一に充填された立体造形用混合粉体１０の上面における予め定められた所定範囲にインクジェットヘッド２６から水を溶媒とする造形液３３が局所的に射出される。立体造形用混合粉体１０に含まれるα半水石膏は造形液３３により二水石膏となることで硬化されるため、上記充填された立体造形用混合粉体１０において造形液３３が滴下された上記所定の範囲においてのみ層状固化物３２ｊが新たに生成され、層状固化物３２ｊが生成される直前に生成された層状固化物３２ｉの上面に積層される。以後、昇降基板１８の下降以降の工程、すなわち充填工程および硬化、積層工程が繰り返されることにより、新たに生成される層状固化物３２が直前に生成された層状固化物３２の上面に順次積層されることで、最終的に立体造形物３０が成形される。なお、造形液３３に触れないで造形槽３１内に残された余剰の立体造形用混合粉体１０は、フィルターに通された後にタンクに回収される。
【００２４】
図４は、立体造形用混合粉体１０が立体造形物成形装置１２へ適用されて成形された立体造形物３０の一例としての食器３４を示す写真である。食器３４には、立体造形用混合粉体１０がその成形過程における充填工程において層状固化物３２の一層の厚みと等しく水平方向に均一に造形槽３１内に充填されるため、その一部の欠損や造形不良は認められない。
【００２５】
続いて、無機粉体が含まれる立体造形用混合粉体１０の効果を検証するために本発明者等が行った試験について図５から図１０に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
図５は立体造形用混合粉体１０に対して含有されるヒュームドシリカの含有割合に対する立体造形用混合粉体１０の圧縮度（％）を説明するグラフであり、図６は立体造形用混合粉体１０に対して含有されるヒュームドシリカの含有割合に対する立体造形用混合粉体１０のカサ密度（ｇ／ｃｍ３）を説明するグラフであり、図７は立体造形用混合粉体１０に対して含有されるヒュームドシリカの含有割合に対する硬化時間（分）を説明するグラフである。圧縮度測定、カサ密度測定および硬化時間測定に供する試験品を以下のように準備した。先ず、α半水石膏が８８重量％、石膏硬化促進剤としての二水石膏粉砕物が１０重量％、水溶性ポリマーとしてのケルザン（キサンタンガムを成分とする天然高分子多糖類）が２重量％の合計１００重量％の混合粉体に対して、シリカの金属酸化物であって平均粒径０．０３μｍの親水性粒子である無機粉体に相当し、立体造形用混合粉体に流動性を付与するためのヒュームドシリカ（日本アエロジル株式会社、アエロジル９０Ｇ）が０重量％（含有されない）、０．０１重量％、０．３重量％、０．５重量％、１重量％、２重量％および５重量％の割合で含有されるように上記各粉体をポリ袋に入れ、３０秒間ポリミックスを行い、立体造形用混合粉体の試験品とした。ここで、ヒュームドシリカが０．０１重量％、０．３重量％、０．５重量％、１重量％、２重量％および５重量％の割合で含有されるものが、立体造形用混合粉体１０に該当する。また、α半水石膏、石膏硬化促進剤および水溶性ポリマーの混合物であり、混合粉体に流動性を付与する流動性微粉としての無機粉体を含まない比較品１（ノリタケカンパニーリミテド製、Ｘ５０Ｊ）、および主成分が半水石膏である３Ｄプリンターなどに用いられる汎用粉体である比較品２（３Ｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社、ＺＰ１５１）を用意した。
【００２７】
図６のカサ密度は以下のようにして求めた。１００ｃｍ３容器上で上記試験品および比較品１、２をＪＩＳにより規定された７１０μｍ目開き（線径０．４５ｍｍ、２２メッシュ）の標準篩を用いて篩い、１００ｃｍ３容器に入らなくなるまで篩った後に、１００ｃｍ３容器の上端縁に沿ってゴム器などで摺り切り、１００ｃｍ３あたりの重量を測定することにより試験品および比較品１、２のカサ密度（ｇ／ｃｍ３）を評価した。
【００２８】
また、図５の圧縮度は以下のようにして求めた。カサ密度測定終了後の１００ｃｍ３容器に対してバイブレーターにより振動をかけて容器内の試験品および比較品１、２を圧縮した後に、再度１００ｃｍ３容器上で試験品および比較品１、２を上記標準篩により１００ｃｍ３容器から溢れるまで篩った。余剰粉を擦り切り１００ｃｍ３容器をバイブレーターにかけて試験品および比較品１、２のカサが変わらなくなるまで上記工程を繰り返し、最終的に振動をかけても１００ｃｍ３容器内のカサが変わらなくなった試験品および比較品１、２の１００ｃｍ３あたりの重量を測定することにより、試験品および比較品１、２のタップ密度（ｇ／ｃｍ３）とした。このタップ密度から、以下の式により試験品および比較品１、２の圧縮度（％）を評価した。圧縮度（％）＝（タップ密度−カサ密度）／タップ密度×１００。
【００２９】
また、図７の硬化時間は以下のようにして求めた。先ず、水２．４ｇに８ｇの試験品および比較品１、２（混水率３０重量％）を混ぜ、ゴム器により３０秒間混合した。次に、内径φ＝２０ｍｍ×高さｈ＝３０ｍｍの円筒状のゴム型の底部にゴム蓋が嵌め入れられた容器に、混水率３０重量％とされた試験品および比較品１、２を押し込み、１分経過後にゴム蓋ごと押し出して円柱状の造形物を得た。最後に、よく知られたビカー針（φ２ｍｍ×３００ｇ）により試験品および比較品１、２の円柱状の造形物の表面形状変化が目視できなくなる時間を硬化時間として測定した。
【００３０】
図５、図６および図７において、ヒュームドシリカが含有されていない比較品１の圧縮度、カサ密度および硬化時間は黒丸で、比較品２は黒三角で、試験品は黒四角でそれぞれ示されており、また、試験品については含有されるヒュームドシリカの各含有割合の圧縮度、カサ密度および硬化時間が、ヒュームドシリカの含有割合の低い方から高い方へ実線で結ばれている。図５において、比較品１および比較品２の圧縮度は２５％より大きいのに対して、ヒュームドシリカが含有されていないものを除いて、ヒュームドシリカが０．０１重量％から５重量％含有された試験品は、その圧縮度が２５％以下であった。また、ヒュームドシリカの含有割合が０．３重量％から０．５重量％の間を除き、ヒュームドシリカの含有割合が高くなるに従い圧縮度が低下し、ヒュームドシリカを２重量％含有する試験品は圧縮度が２０％程度、ヒュームドシリカを５重量％含有する試験品は圧縮度が１１％程度にまで低下した。圧縮度は、立体造形用混合粉体の流動性を評価する指標であり、圧縮度が低いほど、立体造形用混合粉体の流動性が高いと評価される。図４の立体造形物成形結果からも示されるように、２５％以下の圧縮度を有する立体造形用混合粉体はその流動性が低く、立体造形物成形装置の造形槽３１内に均一に充填されるため、それにより成形される立体造形物３０の一部に欠陥が生じることを抑制することができる。この図５の圧縮度測定結果から、α半水石膏を８８重量％含む合計１００重量％の混合粉体に対して平均粒径０．０３μｍの親水性粒子であるヒュームドシリカが０．０１重量％以上５重量％以下の範囲で含有されると、混合粉体中のα半水石膏にヒュームドシリカが吸着されることにより立体造形用混合粉体の圧縮度が２５％以下となることが示された。
【００３１】
図６において、比較品１および比較品２のカサ密度は１．００ｇ／ｃｍ３より大きい。それに対して、ヒュームドシリカを含有しない試験品およびヒュームドシリカを０．０１重量％、０．３重量％、０．５重量％および１重量％含有する試験品は、１．００ｇ／ｃｍ３より大きいカサ密度を有する比較品１および比較品２と同等のカサ密度であったが、ヒュームドシリカを２重量％および５重量％含有する試験品は、１．００ｇ／ｃｍ３よりも小さいカサ密度まで低下した。このことは、α半水石膏に対して２０分の１程度のカサ密度を有するヒュームドシリカの含有割合が大きくなるに従い、試験品全体としてのカサ密度が低下するためである。ここで、ヒュームドシリカを５重量％含有する試験品のカサ密度は、０．６３４ｇ／ｃｍ３であり、立体造形物成形装置において使用可能であり且つ成形される立体造形物の製品の品質上の観点におけるカサ密度の目標値の０．６００ｇ／ｃｍ３以上１．１６ｇ／ｃｍ３以下の範囲の下限値にあたる０．６００ｇ／ｃｍ３よりも大きい。この図６の結果から、α半水石膏を８８重量％含む合計１００重量％の混合粉体に対して平均粒径０．０３μｍのヒュームドシリカが０．０１重量％以上５重量％以下の範囲内で含有された試験品は、そのカサ密度が０．６００ｇ／ｃｍ３以上１．１６ｇ／ｃｍ３以下の範囲に含まれることが示された。
【００３２】
また、以上の図５の圧縮度測定および図６のカサ密度測定の結果より、α半水石膏を８８重量％含む合計１００重量％の混合粉体に対して平均粒径０．０３μｍのヒュームドシリカが０．０１重量％以上１重量％以下の範囲で含まれる立体造形用混合粉体１０は、圧縮度が２５％以下であり、且つカサ密度が１．０００ｇ／ｃｍ３以上に維持されることが示された。
【００３３】
図７において、比較品１の硬化時間は４．５分程度、比較品２の硬化時間は７分程度であった。ヒュームドシリカを含有しない試験品の硬化時間が５分程度であるのに対し、０．０１重量％から１重量％のヒュームドシリカが含有された試験品の硬化時間は６．５分程度まで遅くなった。また、２重量％、５重量％のヒュームドシリカが含有された試験品の硬化時間はそれぞれ６分程度、５分程度であり、１重量％のヒュームドシリカが含有された試験品と比較してその硬化速度が速くなった。このことは、ヒュームドシリカの含有割合が小さい０．０１重量％から１重量％の試験品においては、α半水石膏に吸着され、α半水石膏間のヒュームドシリカの存在によりα半水石膏の結晶成長が阻害されるため硬化速度が遅くなるのに対し、ヒュームドシリカが２重量％、５重量％の割合で含有された試験品においては、ヒュームドシリカに水が吸われてα半水石膏に作用する見掛け上の混水率が低下することにより硬化速度が速くなると考えられる。この図７の結果から、α半水石膏を８８重量％含む合計１００重量％の混合粉体に対して平均粒径０．０３μｍのヒュームドシリカが０．０１重量％以上５重量％以下の範囲内で含有された試験品は、その硬化時間が５分から６．５分程度に維持されるため、成形直後の立体造形物の強度が十分に維持されることが示された。
【００３４】
図８は立体造形用混合粉体１０に含有される微粉シリカの粒径に対する立体造形用混合粉体１０の圧縮度を説明するグラフであり、図９は立体造形用混合粉体１０に含有される微粉シリカの粒径に対する立体造形用混合粉体１０のカサ密度を説明するグラフである。圧縮度測定、カサ密度測定に供する試験品を以下のように準備した。先ず、α半水石膏が８８重量％、石膏硬化促進剤としての二水石膏粉砕物が１０重量％、水溶性ポリマーとしてのケルザン（キサンタンガムを成分とする天然高分子多糖類）が２重量％の合計１００重量％の混合粉体に対して、レーザ式粒径測定装置により測定した平均粒径０．０３μｍ、１．５μｍ、１５μｍおよび５０μｍの親水性粒子であり、無機粉体に相当する微粉シリカが５重量％の割合で含有されるように上記各粉体をポリ袋に入れ、３０秒間ポリミックスを行い、立体造形用混合粉体の試験品とした。なお、平均粒径０．０３μｍの微粉シリカはヒュームドシリカであり、図８および図９の各測定に供する平均粒径０．０３μｍの微粉シリカが含有された試験品は、図５、図６および図７の各測定に供したヒュームドシリカが５重量％含有された試験品と同じものである。ここで、含有される微粉シリカの粒径が０．０３μｍ、１．５μｍおよび１５μｍの試験品が、立体造形用混合粉体１０に該当する。
【００３５】
図８および図９において、黒四角のそれぞれに付された数値は、微粉シリカの各粒径に対する各圧縮度および各カサ密度の実測値である。図８において、平均粒径０．０３μｍ、１．５μｍ、１５μｍの微粉シリカが含有された試験品は、圧縮度が２５％以下である一方、５０μｍの微粉シリカが含有された試験品は、圧縮度が２５％よりも高くなった。また、微粉シリカの平均粒径が大きくなるに従い、試験品の圧縮度が高くなる結果が得られた。図８の圧縮度測定の結果から、α半水石膏を８８重量％含む合計１００重量％の混合粉体に対して５重量％の割合で含有される微粉シリカの平均粒径が１５μｍ以下であれば、立体造形用混合粉体１０の圧縮度が２５％以下となることが示された。
【００３６】
図９において、平均粒径０．０３μｍ、１．５μｍ、１５μｍの微粉シリカが含有された試験品は、平均粒径が大きくなるに従いそのカサ密度が０．６３４ｇ／ｃｍ３から１．１４３ｇ／ｃｍ３の範囲で大きくなった。一方、平均粒径５０μｍの微粉シリカが含有された試験品は、そのカサ密度が平均粒径１５μｍの微粉シリカが含有された試験品よりもさらに大きくなり、１．１８０ｇ／ｃｍ３であった。この図９のカサ密度測定の結果から、α半水石膏を８８重量％含む合計１００重量％の混合粉体に対して５重量％の割合で含有される微粉シリカの平均粒径が１５μｍ以下であれば、立体造形用混合粉体１０のカサ密度が０．６００ｇ／ｃｍ３以上１．１６ｇ／ｃｍ３以下となることが示された。
【００３７】
図１０は、立体造形用混合粉体１０のヒュームドシリカの含有の有無に対する篩通過時間の変化を説明するグラフである。図１０の篩通過時間測定に供した試験品は、平均粒径０．０３μｍのヒュームドシリカ（アエロジル９０Ｇ）をα半水石膏、二水石膏粉砕物およびケルザンが混合された合計１００重量％の混合粉体に対してそれぞれ０．５重量％、２．０重量％の割合で含有する図５から図７の試験に供された試験品と同じものであり、立体造形用混合粉体１０に相当する。また、図１０の比較品１および比較品２は、図５から図７の試験に供された比較品１および比較品２と同じである。
【００３８】
図１０の篩通過時間（秒）は以下のようにして求めた。ポリカップに入れられた試験品および比較品１および比較品２の２０ｇを、ＪＩＳにより規定された７１０μｍ目開き（線径０．４５ｍｍ、２２メッシュ）の標準篩上にカップ面積分のみに広げ静置させる。バイブレーターで振動をかけて篩い、篩い始めから目視で標準篩上に粉が認められなくなる篩い終わりまでの時間を測定し、篩通過時間とした。
【００３９】
図１０において、比較品１およびヒュームドシリカが０．５重量％および２．０重量％の割合で含有された試験品は、そのα半水石膏の平均粒径が４０〜５０μｍであるところ、ヒュームドシリカが混合されα半水石膏に吸着されることにより、比較品１の篩通過時間が６０秒程度であるのに対して試験品の篩通過時間はその約５分の１程度の比較品２と同等の水準まで低下した。このことから、ヒュームドシリカの添加により立体造形用混合粉体の流動性が高められることが示された。
【００４０】
上述のように、本実施例の立体造形用混合粉体１０によれば、無機粉体は平均粒径がα半水石膏の平均粒径に対して１／２以下さらに好適には１／１０以下、たとえば１５μｍ以下の親水性粒子であり、立体造形用混合粉体１０に対して０．０１重量％以上５重量％以下の範囲内で含有される。このため、α半水石膏の凝集力が低下され、立体造形用混合粉体１０は圧縮度が２５％以下となりその流動性が高められることから、立体造形物成形装置１２の造形槽３１内において層状固化物３２の一層分の厚みと等しく水平に均一にローラ２９により充填される。これにより、成形される立体造形物３０の一部に欠陥が発生することを抑制することができる。
【００４１】
また、本実施例の立体造形用混合粉体１０によれば、圧縮度が２５％以下であり流動性が高められているため、７１０μｍ目開き篩の篩通過時間が１０秒程度に低下されることから、造形液３３に触れずに造形槽３１内に残された余剰の立体造形用混合粉体１０がフィルターに通された後にタンクに回収される際に、たとえば１ｍｍの目開きの篩として機能するフィルターに詰まることなくタンクに戻される。これにより、立体造形物３０の成形時に未反応の立体造形用混合粉体１０の回収率を高めることが可能となる。
【００４２】
また、本実施例の立体造形用混合粉体１０によれば、無機粉体は平均粒径がα半水石膏の平均粒径に対して１／２以下さらに好適には１／１０以下、たとえば１５μｍ以下の親水性粒子であり、より好適には、立体造形用混合粉体１０に対して０．０１重量％以上１重量％以下の範囲内で含有される。このようにすれば、立体造形用混合粉体１０はα半水石膏の凝集力が低下されて圧縮度が２５％以下となるとともに、そのカサ密度は１．０００ｇ／ｃｍ３以上に維持される。
【００４３】
また、本実施例の立体造形用混合粉体１０によれば、無機粉体は、好適にはシリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、マグネシアの少なくとも１つを含む金属酸化物、炭化物、炭酸塩、リン酸塩のうち少なくとも１種類を含むものである。これらの無機粉体は、α半水石膏の凝集力を好適に低下させ、立体造形用混合粉体１０の流動性を圧縮度２５％以下に高めることから、上記無機粉体を含む立体造形用混合粉体１０から成形される立体造形物３０の一部に欠陥が発生することが抑制される。
【００４４】
また、本実施例の立体造形用混合粉体１０によれば、石膏硬化促進剤は、好適には二水石膏、アルカリ金属硫酸塩、アルカリ土類金属硫酸塩、アルカリ金属塩化物塩、アルカリ土類金属塩化物塩、無機酸のアンモニウム塩、ミョウバン類から選ばれた１種または２種以上から成るものである。このような石膏硬化促進剤は実用的且つ安価な材料であるため、立体造形物３０の成形時の硬化速度を高める立体造形用混合粉体１０を安価に提供することができる。
【００４５】
また、本実施例の立体造形用混合粉体１０は水溶性ポリマーを１０重量％以下含有する。このようにすれば、水溶性ポリマーの保水効果により、立体造形物３０の成形時において、硬化速度の低下が抑制されつつ、成形直後の立体造形物３０の強度が高められる。
【００４６】
また、本実施例の立体造形用混合粉体１０は、層状に充填された立体造形用混合粉体１０の少なくとも一部が水を溶媒とする造形液３３によって固化された層状固化物３２を順次積層することにより立体造形物３０を成形する立体造形物成形装置１２において用いられる。このため、上記のように立体造形物３０を成形する立体造形物成形装置１２に適用される立体造形用混合粉体１０は、立体造形物成形装置１２の造形槽３１内へ均一に充填されるため、成形される立体造形物３０の一部に欠陥が発生することが抑制される。
【００４７】
また、本実施例によれば、立体造形用混合粉体１０と、水を溶媒とする造形液３３とから生成される生成物が層状に積層されることによって立体造形物３０が形成される。このようにすれば、立体造形用混合粉体１０が立体造形物成形装置１２に均一に充填された状態で造形液３３が作用されて層状に生成される生成物が積層されることにより形成された立体造形物３０は、その一部に欠陥が発生することが抑制される。
【００４８】
以上、本発明を表及び図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施でき、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。
【００４９】
たとえば、前述の実施例の立体造形用混合粉体１０の半水石膏はα型のα半水石膏であったが、これに限定されるものではなく、たとえば、α型よりも凝集力の大きいβ型のβ半水石膏を含み、含有される無機粉体の割合がα半水石膏よりも大きくなるように調節された立体造形用混合粉体は、その圧縮度が２５％以下とされて、立体造形物成形装置により成形された立体造形物はその一部の欠陥の発生が抑制される。
【００５０】
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、その他一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１０：立体造形用混合粉体
１２：立体造形物成形装置
３０：立体造形物
３２：層状固化物
３３：造形液
３４：食器（立体造形物）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図４】
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【図１１】
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