(57)【要約】【課題】高い生産性を得るとともに、微細形状の精密造形も高い精度で実現した３次元成形物と、その３次元成形物の成形方法を得ることを目的とする。【解決手段】金属粉末と、バインダーと、が混練された被焼結材料に、前記被焼結材料を焼結可能とするエネルギー線を照射し得られる焼結単層を含む第１の単層上に、少なくとも前記焼結単層を含む第２の単層を積層して形成される３次元成形物であって、前記焼結単層は、前記エネルギー線が照射され焼結した焼結体を集合させて形成され、前記焼結体の平面視における焼結体径をＤとし、隣り合う前記焼結体の焼結体中心の間の距離をＰ、とした場合、０．５≦Ｐ／Ｄ＜１．０、であることを特徴とする３次元成形物。【選択図】図１
2016216759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末と、バインダーと、が混練された被焼結材料に、前記被焼結材料を焼結可能と
するエネルギー線を照射し得られる焼結単層を含む第１の単層上に、少なくとも前記焼結
単層を含む第２の単層を積層して形成される３次元成形物であって、
前記焼結単層は、前記エネルギー線が照射され焼結した焼結体を集合させて形成され、
前記焼結体の平面視における焼結体径をＤとし、
隣り合う前記焼結体の焼結体中心の間の距離をＰ、とした場合、
０．５≦Ｐ／Ｄ＜１．０
である、
ことを特徴とする３次元成形物。
【請求項２】
前記焼結単層は、隣り合う第１の焼結体と、第２の焼結体と、第３の焼結体と、を含み
、
前記第２の単層は、前記第２の単層に含む前記焼結体の前記焼結体中心が、前記第１の
単層に含む前記第１の焼結体、前記第２の焼結体、および前記第３の焼結体の各々の前記
焼結体中心を結んで構成される平面視における３角形領域に重なるように配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の３次元成形物。
【請求項３】
前記エネルギー線がレーザーであることを特徴とする請求項１または２に記載の３次元
成形物。
【請求項４】
金属粉末と、バインダーと、が混練された被焼結材料に、前記被焼結材料を焼結可能と
するエネルギー線を照射し得られる焼結単層を含む第１の単層上に、少なくとも前記焼結
単層を含む第２の単層を積層して３次元成形物を得る３次元成形方法であって、
前記焼結単層は、前記エネルギー線が照射され焼結した焼結体を集合させて形成され、
前記焼結体の平面視における焼結体径をＤとし、
隣り合う前記焼結体の焼結体中心の間の距離をＰ、とした場合、
０．５≦Ｐ／Ｄ＜１．０
である、
ことを特徴とする３次元成形方法。
【請求項５】
前記焼結単層に含む前記焼結体は、隣り合う第１の焼結体と、第２の焼結体と、第３の
焼結体を含み、
前記第２の単層は、前記第２の単層に含む前記焼結体の前記焼結体中心が、前記第１の
単層に含む前記第１の焼結体、前記第２の焼結体、および前記第３の焼結体の各々の前記
焼結体中心によって構成される平面視における３角形領域と重なる、
ことを特徴とする請求項４に記載の３次元成形方法。
【請求項６】
前記エネルギー線がレーザーであることを特徴とする請求項４または５に記載の３次元
成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元成形物および３次元成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属材料を用いて３次元形状を簡便に形成する製造方法として、特許文献１に示
すような方法が開示されている。特許文献１に開示されている３次元形状造形物の製造方
法は、原料に金属粉末と、溶剤と、粘着増進剤と、を有する金属ペーストを層状の材料層
に形成して用いる。そして、層状の材料層に光ビームを照射して金属の焼結層もしくは金
属の溶融層を形成し、材料層の形成と、光ビームの照射と、を繰り返すことにより焼結層
もしくは熔融層が積層され、所望の３次元形状造形物が得られる。
【０００３】
特許文献１の３次元形状造形物の製造方法では、３次元形状造形物を構成する積層され
る材料層の一つの層において、３次元ＣＡＤのデータなどから得られる光ビームの照射経
路に沿うように光ビームがガルバノミラーによってスキャンし、材料層が溶融、凝固され
て所望の焼結層を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１８４６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された３次元形状造形物の製造方法において、生産性を向上させるに
は、光ビームの走査に交差する方向の材料層の溶融凝固幅を広くする、あるいは走査速度
を速めることが求められる。一方で、３次元形状造形物に微細な造形領域を含む場合には
、溶融凝固幅はより狭く、走査速度は遅くすることで微細な造形を得ることができる。
【０００６】
このように、３次元形状造形物の生産性の向上と、微細形状部の精密造形精度の向上と
は、相反する要素を含むこととなる。しかし、特許文献１に開示された３次元形状造形物
の製造方法では、生産性の向上と精密造形精度の向上を実現するには、例えば、溶融凝固
幅を広く成形可能な光ビームと、精密造形用の光ビームと、を照射可能なように複数の光
ビーム照射手段を備えることが必要になり、装置の大型化あるいは装置コストの上昇を招
くこととなる。
【０００７】
そこで、一つのエネルギー線の照射手段から照射されるエネルギー線によって、溶融凝
固幅を広くして高い生産性を得るとともに、微細形状の精密造形も高い精度で実現した３
次元成形物と、その３次元成形物の成形方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態または適用例として実現することが可能である。
【０００９】
〔適用例１〕本適用例の３次元成形物は、金属粉末と、バインダーと、が混練された被
焼結材料に、前記被焼結材料を焼結可能とするエネルギー線を照射し得られる焼結単層を
含む第１の単層上に、少なくとも前記焼結単層を含む第２の単層を積層して形成される３
次元成形物であって、前記焼結単層は、前記エネルギー線が照射され焼結した焼結体を集
合させて形成され、前記焼結体の平面視における焼結体径をＤとし、隣り合う前記焼結体
の焼結体中心の間の距離をＰ、とした場合、
０．５≦Ｐ／Ｄ＜１．０
であることを特徴とする。
【００１０】
本適用例の３次元成形物は、エネルギー線の照射によって金属粉末を焼結させて得られ
る金属造形物の焼結単層を積層させて得られるものである。そして焼結単層は、複数の焼
結体の集合物として形成される。このようにして得られる焼結単層は、焼結体の平面視に
おける焼結体径をＤとし、隣り合う焼結体の焼結体中心の間の距離をＰ、とした場合、
０．５≦Ｐ／Ｄ＜１．０
の関係を満足させながら形成される。
【００１１】
本適用例によれば、上述の関係において、Ｐを、よりＤに近づける、すなわちＰ／Ｄを
１．０に近づけることで隣り合う焼結体は互いに離間するように配置される。従って、短
時間で焼結単層を形成することができ、生産性を高めることができる。またＰ／Ｄを０．
５に近づけることで、隣り合う焼結体は互いに近接するように、すなわち重なる領域が多
くなるように配置されることで、隣り合う焼結体が緻密に集合された焼結単層を形成する
ことができ、精密な造形を可能とする。
【００１２】
なお、本適用例において、「焼結可能とする」における焼結とは、供給材料にエネルギ
ーが供給されることによって、供給材料を構成するバインダーが供給エネルギーによって
蒸散し、そして、残った金属粉末同士が供給エネルギーによって金属結合することをいう
。なお、本明細書では金属粉末が溶融結合される形態も、エネルギーを供給することで金
属粉末を結合させるものとして、焼結として説明する。
【００１３】
〔適用例２〕上述の適用例において、前記焼結単層は、隣り合う第１の焼結体と、第２
の焼結体と、第３の焼結体と、を含み、前記第２の単層は、前記第２の単層に含む前記焼
結体の前記焼結体中心が、前記第１の単層に含む前記第１の焼結体、前記第２の焼結体、
および前記第３の焼結体の各々の前記焼結体中心を結んで構成される平面視における３角
形領域に重なるように配置されることを特徴とする。
【００１４】
上述の適用例１において、第１の単層の隣り合う第１、第２、そして第３の焼結体の各
々の焼結体中心が、Ｄの値と近い値で配置されると、隣り合う焼結体の間に未焼結領域が
残留する場合がある。しかし、上述の適用例によれば、第２の単層に含まれる焼結体が、
下層の第１の単層の焼結単層に含む隣り合う第１、第２、そして第３の焼結体の各々の焼
結体中心を結ぶ３角形領域の平面視における領域内に、焼結体中心が重なるように配置さ
れることで、第２の単層の焼結体を形成するエネルギー線が照射されることで、第１の単
層に残留した未焼結領域も同時に焼結される。これにより、３次元成形物の内部に未焼結
領域、言い換えると欠陥部となり得る領域を除去しながら、３次元成形物を得ることがで
きる。
【００１５】
〔適用例３〕上述の適用例において、前記エネルギー線がレーザーであることを特徴と
する。
【００１６】
上述の適用例によれば、正確な位置にエネルギーを照射する制御、およびエネルギー量
の増減を正確に制御することが可能である。そして、焼結体を形成する場合にエネルギー
線のＯＮ／ＯＦＦを短時間に実行させることが可能である。従って、高い生産性を持ちな
がら高品質の３次元成形物を得ることができる。
【００１７】
〔適用例４〕本適用例の３次元成形方法は、金属粉末と、バインダーと、が混練された
被焼結材料に、前記被焼結材料を焼結可能とするエネルギー線を照射し得られる焼結単層
を含む第１の単層上に、少なくとも前記焼結単層を含む第２の単層を積層して３次元成形
物を得る３次元成形方法であって、前記焼結単層は、前記エネルギー線が照射され焼結し
た焼結体を集合させて形成され、前記焼結体の平面視における焼結体径をＤとし、隣り合
う前記焼結体の焼結体中心の間の距離をＰ、とした場合、
０．５≦Ｐ／Ｄ＜１．０
であることを特徴とする。
【００１８】
本適用例の３次元成形物の成形方法は、エネルギー線の照射によって金属粉末を焼結さ
せて得られる金属造形物の焼結単層を積層させて得る方法である。そして焼結単層は、複
数の焼結体の集合物として形成する。このようにして得られる焼結単層は、焼結体の平面
視における焼結体径をＤとし、隣り合う焼結体の焼結体中心の間の距離をＰ、とした場合
、
０．５≦Ｐ／Ｄ＜１．０
の関係を満足させながら形成される。
【００１９】
本適用例によれば、上述の関係において、ＰをよりＤに近づける、すなわちＰ／Ｄを１
．０に近づけることで隣り合う焼結体は互いに離間するように配置される。従って、短時
間で焼結単層を形成することができ、生産性を高めることができる。またＰ／Ｄを０．５
に近づけることで、隣り合う焼結体は互いに近接するように、すなわち重なる領域が多く
なるように配置されることで、隣り合う焼結体が緻密に集合された焼結単層を形成するこ
とができ、精密な造形を可能とする。
【００２０】
〔適用例５〕上述の適用例において、前記焼結単層に含む前記焼結体は、隣り合う第１
の焼結体と、第２の焼結体と、第３の焼結体を含み、前記第２の単層は、前記第２の単層
に含む前記焼結体の前記焼結体中心が、前記第１の単層に含む前記第１の焼結体、前記第
２の焼結体、および前記第３の焼結体の各々の前記焼結体中心によって構成される平面視
における３角形領域と重なることを特徴とする。
【００２１】
上述の適用例４において、第１の単層の隣り合う第１、第２、そして第３の焼結体の各
々の焼結体中心が、Ｄの値と近い値で配置されると、隣り合う焼結体の間に未焼結領域が
残留する場合がある。しかし、上述の適用例によれば、第２の単層に含まれる焼結体が、
下層の第１の単層の焼結単層に含む隣り合う第１、第２、そして第３の焼結体の各々の焼
結体中心を結ぶ３角形領域の平面視における領域内に、焼結体中心が重なるように配置さ
れることで、第２の単層の焼結体を形成するエネルギー線が照射されることで、第１の単
層に残留した未焼結領域も同時に焼結される。これにより、３次元成形物の内部に未焼結
領域、言い換えると欠陥部となり得る領域を除去しながら、３次元成形物を得ることがで
きる。
【００２２】
〔適用例６〕上述の適用例において、前記エネルギー線がレーザーであることを特徴と
する。
【００２３】
上述の適用例によれば、正確な位置にエネルギーを照射する制御、およびエネルギー量
の増減を正確に制御することが可能である。そして、焼結体を形成する場合にエネルギー
線のＯＮ／ＯＦＦを短時間に実行させることが可能である。従って、高い生産性を保ちな
がら高品質の３次元成形物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態に係る３次元成形物を成形するための製造装置の一例を示す概略構成と、動作概要を示す構成断面図。
【図２】第１実施形態に係る３次元成形物の単層を示し、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）および（ｃ）はレーザー照射状態を示す模式図。
【図３】図２に示す焼結単層に含む焼結体の配置を説明する概念図。
【図４】図２に示す焼結単層に含む焼結体の配置を説明する概念図。
【図５】図３および図４に示す焼結単層上に積層される焼結単層に含む焼結体の配置を説明する概念図。
【図６】３次元成形物を含む積層体の成形形態を示す断面図。
【図７】第２実施形態に係る３次元成形方法を示すフローチャート。
【図８】第２実施形態に係る３次元成形方法を示す断面図。
【図９】第２実施形態に係る３次元成形方法を示す断面図。
【図１０】第２実施形態に係る３次元成形方法を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
【００２６】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態に係る３次元成形物を成形するための製造装置の一例を示す概略構
成と、動作概要を示す構成断面図である。なお、本明細書における「３次元成形物」とは
、いわゆる立体造形物として形成されるものを示すものであり、例えば、平板状、いわゆ
る２次元形状の成形物であっても、厚みを有する形状であれば、３次元成形物に含まれる
。
【００２７】
図１に示す３次元成形装置１０００（以下、製造装置１０００という）は、図１（ａ）
に示すように、図示しない装置基部に備える成形枠１３００と、成形物の原料が積層配置
される成形テーブル１２００（以下、テーブル１２００という）と、テーブル１２００を
成形枠内で上下（重力方向）させる駆動手段１１００と、を備えている。
【００２８】
成形枠１３００は、図示するように、内部にテーブル１２００が上下に移動可能な凹部
空間１３００ａを有する。そして、成形枠１３００の内壁１３００ｂと、テーブル１２０
０の外周１２００ａと、は摺動を可能としながらも成形物の原料が漏れない程度の隙δが
構成される。
【００２９】
テーブル１２００上には、原料供給手段１４００に収容されている原料Ｍｐが、後述す
方法で供給される。原料Ｍｐは、金属粉末と、インダーと、が混練された被焼結材料であ
る。金属粉末としては、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、
クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）などの単体
粉末、もしくはこれらの金属の１つ以上を含む合金の粉末の混合粉末が用いられる。そし
て、金属粉末にバインダーとして、例えばポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ナノセルロ
ース（ＣｅＮＦ）などの水酸基を有したもの、あるいはポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリアミド
（ＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの熱可塑性樹脂などが混練され、
紛体状の原料Ｍｐが形成される。
【００３０】
なお原料Ｍｐは紛体状に限定されず、上述の金属粉末と、バインダーと、に加えて溶剤
、例えば水、水溶性の溶剤、などを混練し、スラリー状にして供給してもよく、あるいは
シート状に成形した、いわゆるグリーンシートとして供給してもよい。
【００３１】
本実施形態における３次元成形物は、紛体状の原料Ｍｐから形成される形態により説明
する。原料供給手段１４００から、テーブル１２００上に供給される紛体状の原料Ｍｐを
、所定の厚さでテーブル１２００上に配設させるために、後述するスキージのためのリコ
ータ１５００を備えている。
【００３２】
図１（ａ）に示すテーブル１２００上に第１層目の成形物１０１が形成された状態から
、成形物１０１上に第２層目の成形物を形成する方法を図１（ｂ）から図１（ｄ）で説明
する。図１（ａ）に示す第１層目の成形物１０１は、焼結手段によって焼結部１０１ａと
、未焼結部１０１ｂと、を含んでいる。図１（ｂ）に示すように、テーブル１２００を、
所定量下降させ、原料供給手段１４００を図示しない駆動手段によって第１層目の成形物
１０１上まで移動させ、第１層目の成形物１０１の形成領域全体に原料Ｍｐを供給する。
【００３３】
図１（ｂ）に示す原料Ｍｐが第１層目の成形物１０１上に供給された状態では、第２層
目の成形物に未充填部分を作らないように、第２層目の成形物に必要な原料Ｍｐ量を超え
て供給される。必要な原料Ｍｐ量を超えた原料Ｍｐを除去するとともに、第２層目の成形
物の厚みに整えるため、図１（ｃ）に示すようにリコータ１５００を移動させて不要な原
料Ｍｐを掻き取る、いわゆるスキージを行う。
【００３４】
スキージよって掻き取られる余剰の原料Ｍｐは、余剰原料排出部１６００に導入され、
図示しない排出原料貯蔵部に収容される。そして図１（ｄ）に示すように、原料Ｍｐにエ
ネルギー線としてのレーザー照射部１７００よりレーザーＬを照射し、レーザーＬが照射
された領域の原料Ｍｐは焼結され、金属粉末から金属成形物となる。以上の図１（ａ）か
ら図１（ｄ）に示す方法を繰り返して３次元成形物が得られる。
【００３５】
本実施形態では、エネルギー線としてレーザーＬを例示したが、これに限定されない。
例えば、高周波、ハロゲンランプなどを使った熱線、あるいは高熱の熱風を吹き付ける方
法などが適用できる。レーザーＬをエネルギー線として用いることで、正確な位置にエネ
ルギーを照射する制御が容易であること、エネルギー量の増減を正確に制御することが可
能であること、そして、後述する焼結体を形成する場合にエネルギー線のＯＮ／ＯＦＦを
短時間に実行させることにレーザーＬが適していることから、レーザーＬをエネルギー線
として適用することがより好ましい。
【００３６】
図２は上述した成形方法によって成形される３次元成形物の単層を示す。図２（ａ）は
、第１の単層として、図１に示す第１層目の成形物１０１を一例に、外観斜視図で示す。
なお、以下の説明では、第１層目の成形物１０１を第１の単層１０１という。ただし、第
１の単層１０１は、図１で説明したテーブル１２００の上面に最初に形成される成形層に
限定されず、説明の便宜上、第１の単層１０１上に、後述する第２の単層が積層されて３
次元成形物が形成されることから、積層される単層の、いわゆる上下関係を区分するため
のものであり、下層が第１の単層、上層が第２の単層としている。
【００３７】
図２（ａ）に示すように第１の単層１０１は、図１に示した成形枠１３００の凹部空間
１３００ａ内に形成され、焼結された第１の焼結単層１０１ａと、焼結されていない未焼
結部１０１ｂと、を含んでいる。第１の焼結単層１０１ａは、原料Ｍｐを加熱焼成するレ
ーザーＬを所定の領域に走査しながら照射することで得ることができる。
【００３８】
図２（ｂ）および図２（ｃ）は、レーザーＬの照射の形態を模式的に示す。図２（ｂ）
は、ステップ１（Ｓ１）からステップ５（Ｓ５）の順にレーザー照射部１７００レーザー
照射部１７００が移動し、レーザーＬの照射が行われる状態を示し、図２（ｃ）はステッ
プ１（Ｓ１）からステップ５（Ｓ５）におけるレーザー照射部１７００レーザー照射部１
７００の移動経路（移動量）と、レーザー照射部１７００からのレーザーＬの照射ＯＮと
ＯＦＦの状態を示している。以降、ステップ１（Ｓ１）からステップ５（Ｓ５）は、Ｓ１
，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５と記載する。
【００３９】
先ず、図２（ｂ）に示すＳ１の状態、すなわちレーザー照射部１７００が待機位置ｍ１
で待機状態となる。この時、レーザー照射部１７００からのレーザー照射は図２（ｃ）に
示すようにＯＦＦ状態である。次に、Ｓ２の状態、すなわちレーザー照射部１７００をレ
ーザー照射がされる照射位置ｍ２まで、距離Ｔを移動させ、停止させる。停止状態でレー
ザー照射部１７００のレーザー照射をＯＮ状態として、レーザーＬが第１の単層１０１に
向けて照射される。原料ＭｐにレーザーＬが照射され、その熱によって原料Ｍｐの金属粉
末が焼結し、焼結体１０が形成される。所定のエネルギー量のレーザー照射が行われると
、レーザー照射部１７００のレーザー照射はＯＦＦ状態とされる。そして、次のＳ３であ
る、照射位置ｍ３まで、レーザー照射部１７００は距離Ｐ１を移動させ、停止させる。
【００４０】
Ｓ３でレーザー照射部１７００が照射位置ｍ３に到達し、停止した後、Ｓ４で示すよう
にレーザーＬが照射され、照射位置ｍ３に焼結体１０が形成される。そして、Ｓ５に示す
ように次の照射位置ｍ４までの距離Ｐ２を、レーザー照射部１７００が移動される。
【００４１】
上述したように、本実施形態に係る３次元成形物を構成する単層は、レーザー照射部１
７００の移動、すなわち走査と、照射位置で停止させてレーザーＬを照射する、ことを繰
り返し、形成される焼結体１０の集合体を形成し、第１の単層１０１を構成するものであ
る。
【００４２】
図３は、図２（ｂ）で説明した焼結単層１０１ａに含む焼結体１０の配置を説明する概
念図である。図３（ａ）はレーザーＬの走査形態を説明する概念図、図３（ｂ），（ｃ）
は、図２（ｂ）に示す照射位置ｍ２，ｍ３，ｍ４に形成される焼結体１０を例示して焼結
体１０の詳細配置を説明する概念図である。
【００４３】
図３（ａ）に示すように、本実施形態では図示矢印ＦD方向にレーザー照射部１７００
を移動させてレーザーＬを照射し、ＦD方向の所定の領域に照射が終了するとＦＬ方向に
レーザー照射部１７００を移動させ、ＦD方向の所定の領域にレーザーＬを照射する、レ
ーザーＬの走査形態を例示する。このようにレーザーＬを走査させることにより、第１の
単層１０１に焼結体１０の集合体としての焼結単層１０１ａが形成される。
【００４４】
図３（ａ）に示すレーザーＬの走査によって形成される焼結体１０は、図３（ｂ），（
ｃ）に示すように配置される。図３（ｂ）に示すように、照射位置ｍ２に形成された焼結
体１０に隣り合うように照射位置ｍ３に焼結体１０が形成される。照射位置ｍ２における
焼結体１０と、照射位置ｍ３における焼結体１０と、は図２（ｂ）で説明した距離Ｐ１を
有して形成されている。以下、距離Ｐ１をドットピッチＰ１という。
【００４５】
ドットピッチＰ１は、照射位置ｍ２における焼結体１０と、照射位置ｍ３における焼結
体１０と、の間に未焼結部が生じないよう、重複部１０ａが形成される。すなわち、焼結
体１０の形成直径、すなわち焼結体径Ｄに対して、
Ｐ１＜Ｄ
の条件を満たして配置されることが好ましい。
【００４６】
図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示す照射位置ｍ３と隣り合う照射位置ｍ４に形成される焼
結体１０の配置を示す。照射位置ｍ３における焼結体１０と、照射位置ｍ４における焼結
体１０と、は図２（ｂ）で説明した距離Ｐ２を有して形成されている。以下、距離Ｐ２を
ドットピッチＰ２という。ドットピッチＰ２は、照射位置ｍ３における焼結体１０と、照
射位置ｍ４における焼結体１０と、の間に未焼結部が生じないよう、重複部１０ａが形成
される。すなわち、焼結体１０の形成直径Ｄに対して、
Ｐ２＜Ｄ
の条件を満たして配置されることが好ましい。
【００４７】
このように、図３（ａ）に示す走査方向ＦDに形成される焼結体１０は、隣り合う焼結
体１０のドットピッチをＰｄ１とすると、
Ｐｄ１＜Ｄ
の条件を満たして配置されるよう、レーザーＬの走査を制御することが好ましい。尚且つ
、隣り合う焼結体１０によって形成される焼結領域を広くするために、
Ｐｄ１≧Ｄ／２
であることが好ましい。すなわち、
０．５≦Ｐｄ１／Ｄ＜１．０
の条件を満たすことがより好ましい。
【００４８】
図４は、図３（ｂ），（ｃ）に示す走査方向ＦDに沿って形成された１列目の焼結体１
０に対して、走査方向ＦLに沿ってレーザー照射部１７００をラインピッチＱ１分移動さ
せ、２列目の焼結体を形成する場合の焼結体の配置を説明する概念図である。
【００４９】
図４（ａ）に示すように、１列目の照射位置ｍ２に形成される焼結体１０と、１列目の
照射位置ｍ２に形成される焼結体１０と隣り合う２列目の照射位置ｍ２２に形成される焼
結体１０と、の中心間距離であるドットピッチＰｄ２は、上述した１列目の隣り合う焼結
体１０の関係同様に、
Ｐｄ２＜Ｄ
を満足し、
Ｐｄ２≧Ｄ／２
であることが好ましい。すなわち、
０．５≦Ｐｄ２／Ｄ＜１．０
であることが好ましい。
【００５０】
また、１列目の照射位置ｍ２と隣り合う照射位置ｍ３に形成される焼結体１０と、１列
目の焼結位置ｍ３に形成される焼結体１０と隣り合う２列目の照射位置ｍ２２に形成され
る焼結体１０と、の中心間距離であるドットピッチＰｄ３は、上述した１列目の隣り合う
焼結体１０の関係同様に、
Ｐｄ３＜Ｄ
を満足し、
Ｐｄ３≧Ｄ／２
であることが好ましい。すなわち、
０．５≦Ｐｄ３／Ｄ＜１．０
であることが好ましい。
【００５１】
上述したように、照射位置ｍ２，ｍ３，ｍ２２に形成される焼結体１０、すなわち互い
に隣り合う焼結体１０のドットピッチＰｄ１，Ｐｄ２，Ｐｄ３を、隣り合う焼結体１０の
焼結体中心の距離としてのドットピッチＰとすると、
Ｐ＜Ｄ
であり、
Ｐ≧Ｄ／２
であることが好ましい。すなわち、
０．５≦Ｐ／Ｄ＜１．０
であることが好ましい。このような関係で、照射位置ｍ２，ｍ３，ｍ２２を中心とする焼
結体１０は、互いに重複部１０ａ，１０ｂ，１０ｃを有することができる。
【００５２】
図４（ｂ）は、２列目の照射位置ｍ２２に形成された焼結体１０に隣り合うように照射
位置ｍ２３に焼結体１０が形成された形態を示す。図４（ｂ）に示すように、照射位置ｍ
２３に形成される焼結体１０は、照射位置ｍ３と照射位置ｍ２２とに形成される焼結体１
０と隣り合う位置に形成される。さらに、照射位置ｍ２３に形成される焼結体１０は、照
射位置ｍ３と照射位置ｍ４とに形成される焼結体１０と隣り合う位置に形成される。
【００５３】
照射位置ｍ２３と照射位置ｍ３と、の中心間距離をドットピッチＰｄ４、照射位置ｍ４
と照射位置ｍ２３と、の中心間距離をドットピッチＰｄ５、照射位置ｍ２３と照射位置ｍ
２２と、の中心間距離をドットピッチＰｄ２１、とした場合、それぞれの関係は上述した
関係を満たしている。すなわち、
０．５≦Ｐｄ４／Ｄ＜１．０
０．５≦Ｐｄ５／Ｄ＜１．０
０．５≦Ｐｄ２１／Ｄ＜１．０
である。これら互いに隣り合う焼結体１０のドットピッチＰｄ４，Ｐｄ５，Ｐｄ２１を、
隣り合う焼結体１０の中心間距離としてのドットピッチＰとすると、
０．５≦Ｐ／Ｄ＜１．０
の関係となる。
【００５４】
上述したドットピッチ関係を満たしながら焼結体１０を形成し、集合体としての焼結単
層１０１ａを得ることができる。このようにして得られる焼結単層１０１ａは、
０．５≦Ｐ／Ｄ＜１．０
の関係を満足させながら、ドットピッチＰをより焼結体１０の直径Ｄに近づける、すなわ
ちＰ／Ｄを１．０に近づけることで、短時間で焼結単層１０１ａを形成することができ、
生産性を高めることができる。またＰ／Ｄを０．５に近づけることで、隣り合う焼結体１
０が緻密に集合された焼結単層１０１ａを形成することができ、精密な造形を可能とする
。
【００５５】
上述した焼結単層１０１ａを含む第１の単層１０１上に、第２の単層１０２（図１（ｄ
）参照）を積層させる場合の焼結体１０の形成形態を図５に示す。なお、図５では、説明
の便宜上、第１の単層１０１に含む焼結体１０は２点鎖線で描き、第２の単層１０２に含
む焼結体１０は実線で描いてある。また、第１の単層１０１に含む焼結体１０の照射位置
は「●」で表示し、第２の単層１０２に含む焼結体１０の照射位置は「×」で表示する。
【００５６】
図５に示す第２の単層１０２を形成する場合、図４を用いて説明した第１の単層１０１
に対して、次のように焼結体１０が配置される。図５（ａ）は、第２の単層１０２に含ま
れる焼結体１０の一部として、レーザーＬの照射位置ｎ１と照射位置ｎ２と、の２つの焼
結体１０を例示している。図５に示すように、第２の単層１０２に含まれる照射位置ｎ１
に形成される焼結体１０は、下層の第１の単層１０１の焼結単層１０１ａに含む第１の焼
結体としての照射位置ｍ２に形成された焼結体１０の照射位置ｍ２と、第２の焼結体とし
ての照射位置ｍ３に形成された焼結体１０の照射位置ｍ３と、第３の焼結体としての照射
位置ｍ２２に形成された焼結体１０の照射位置ｍ２２と、を結ぶ３角形領域Ｔｒ１の平面
視における領域内に、照射位置ｎ１が重なるように配置される。
【００５７】
同様に、照射位置ｎ２に形成される焼結体１０は、下層の第１の単層１０１の焼結単層
１０１ａに含む焼結体１０の照射位置ｍ３と、照射位置ｍ４と、照射位置ｍ２３と、を結
ぶ３角形領域Ｔｒ２の平面視における領域内に、照射位置ｎ２が重なるように配置される
。
【００５８】
さらに、照射位置ｎ１および照射位置ｎ２、および図示しない第２の単層１０２に含ま
れる図示されない第２の焼結単層は、第１の焼結単層１０１ａと同様に、照射位置の中心
距離、すなわち隣り合う焼結体１０の中心間距離としてのドットピッチＰが、
０．５≦Ｐ／Ｄ＜１．０
の関係を同時に満足されるように、焼結体１０が配置されることが好ましい。
【００５９】
このように第２の単層１０２に形成される焼結体１０は、例えば図５（ｂ）に示すよう
に、第１の単層１０１において隣り合う焼結体１０、本例では照射位置ｍ２，ｍ３，ｍ２
２に形成される焼結体１０の各々のドットピッチＰが、焼結体１０の直径Ｄの値と近い値
で配置されると、隣り合う焼結体１０の間に未焼結領域１０１ｃが残留する場合がある。
しかし、上述した図５（ａ）に示すように、第２の単層１０２に含まれる照射位置ｎ１に
形成される焼結体１０が、下層の第１の単層１０１の焼結単層１０１ａに含む焼結体１０
の照射位置ｍ２と、照射位置ｍ３と、照射位置ｍ２２と、を結ぶ３角形領域Ｔｒ１の平面
視における領域内に、照射位置ｎ１が重なるように配置されることで、照射位置ｎ１にレ
ーザーＬが照射されることで、未焼結領域１０１ｃも同時に焼結される。これにより、３
次元成形物の内部に未焼結領域、言い換えると欠陥部となり得る領域を除去しながら、３
次元成形物を得ることができる。
【００６０】
上述した第１の単層１０１上に、第２の単層１０２を積層させた後、第２の単層１０２
を新たな第１の単層１０２として、第１の単層１０２上に第２の単層１０３が形成される
。このように順次形成され、新たな第１の単層上に第２の単層を積層することを繰り返し
、図６に示すように、最後となるＮ層目の第２の単層１０Ｎまで形成された積層体１００
となり、積層体１００に、焼結、形成された３次元成形物２００が含まれる。すなわち３
次元成形物２００は、積層体１００における焼結単層１０１ａ，１０１ａ，…，１０Ｎａ
の集合体としての焼結部１００ａとして形成される。そして、後述するが、積層体１００
における未焼結部１０１ｂ，１０２ｂ，…，１０Ｎｂの集合体１００ｂが除去され、焼結
部１００ａが取り出され、３次元成形物２００を得ることができる。
【００６１】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る３次元成形方法は、上述した第１実施形態に係る３次元成形物を形
成する方法である。第２実施形態に係る３次元成形物２００の製造工程を示すフローチャ
ートを図７に示し、図７に示すフローチャートに示す工程における製造方法を図８、図９
、および図１０に示す。なお、第１実施形態に係る３次元成形物２００の説明と同じ構成
要素には同じ符号を付し、説明は省略する。
【００６２】
（３次元造形用データ取得工程）
図７に示すように、本実施形態に係る３次元成形方法は３次元成形物２００の３次元造
形用データを、図示しない、例えばパーソナルコンピューターなどから、図１に示す製造
装置１０００に備える図示しない制御装置に取得する３次元造形用データ取得工程（Ｓ１
０）が実行される。３次元造形用データ取得工程（Ｓ１０）において取得された３次元造
形用データは、制御装置から、製造装置１０００に備えるテーブル１２００の駆動手段１
１００、原料供給手段１４００および図示しない原料供給手段１４００の駆動手段、レー
ザー照射部１７００、およびリコータ１５００を駆動する駆動手段（図示せず）などに、
所定の制御信号が送出される。
【００６３】
（材料準備工程）
材料準備工程（Ｓ２０）では、図８（ａ）に示すように、３次元成形物２００の原料Ｍ
ｐが、図示しない混練装置から供給路１４１０を通して原料供給手段１４００に供給され
、収納される。原料Ｍｐは、金属粉末と、バインダーと、が混練された被焼結材料である
。金属粉末としては、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ク
ロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）などの単体粉
末、もしくはこれらの金属の１つ以上を含む合金の粉末の混合粉末が用いられる。そして
、金属粉末にバインダーとして、例えばポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ナノセルロー
ス（ＣｅＮＦ）などの水酸基を有したもの、あるいはポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリアミド（
ＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの熱可塑性樹脂などが混練され、紛
体状の原料Ｍｐが形成される。
【００６４】
本実施形態における３次元成形方法は、紛体状の原料Ｍｐから形成される形態により説
明するが、原料Ｍｐは紛体状に限定されず、上述の金属粉末と、バインダーと、に加えて
溶剤、例えば水、水溶性の溶剤、などを混練し、スラリー状にして供給してもよく、ある
いはシート状に成形した、いわゆるグリーンシートとして供給してもよい。
【００６５】
（材料供給工程）
原料供給手段１４００に原料Ｍｐが供給されると、材料供給工程（Ｓ３０）に移行され
る。材料供給工程（Ｓ３０）は、図８（ｂ）に示すように、製造装置１０００に備えるテ
ーブル１２００の上方に原料供給手段１４００を移動させ、テーブル１２００上に所定量
の原料Ｍｐを供給する。
【００６６】
（スキージ工程）
図８（ｃ）に示すように、材料供給工程（Ｓ３０）によって、テーブル１２００上に供
給された原料Ｍｐは、供給状態Ｍｐ´に示すように盛り上がった状態でテーブル１２００
上に配設される。この供給状態Ｍｐ´に対して、リコータ１５００を所定方向、本例では
図示矢印の方向に移動させ、第１の単層１０１の厚みを超える原料Ｍｐをリコータ１５０
０によって掻き取る、いわゆるスキージを行うスキージ工程（Ｓ４０）が行われる。スキ
ージ工程（Ｓ４０）によって余剰となる原料Ｍｐは、成形枠１３００に近接して配置され
る余剰原料排出部１６００に導入される。
【００６７】
スキージ工程（Ｓ４０）では、リコータ１５００のスキージ端部１５００ａと、テーブ
ル１２００の原料供給面１２００ｂと、は離間距離ｔ１が設定され、この離間距離ｔ１を
維持してテーブル１２００上に供給された原料Ｍｐ上をリコータ１５００を移動させるこ
とにより、第１の単層１０１の所定の厚みｔ１を得ることができる。また、テーブル１２
００と、成形枠１３００の上端面１３００ｃと、相対的な段差ｓ１は、
ｓ１≒ｔ１
とすることが好ましく、あるいは、
ｓ１＝ｔ１
となるように、上端面１３００ｃにスキージ端部１５００ａを接触させながらスキージさ
せることがより好ましい。そのために、リコータ１５００に弾性を付与することが好まし
く、例えばリコータ１５００を弾性材料のプラスチックや金属薄板などで形成する、ある
いはリコータ１５００を弾性部材で保持することが好ましい。
【００６８】
（レーザー照射工程）
図９（ｄ）に示すように、スキージ工程（Ｓ４０）によって、テーブル１２００上には
厚みｔ１の第１の単層１０１が形成された状態で、レーザー照射部１７００から、第１の
単層１０１に向けてレーザーＬが照射され、レーザーＬが照射された領域の原料Ｍｐが焼
成、焼結され、焼結体１０が形成される。
【００６９】
レーザーＬは、３次元造形用データ取得工程（Ｓ１０）において取得したデータに基づ
いて、所定の領域にレーザーＬを照射し、焼結体１０の集合体としての第１の焼結単層１
０１ａが形成される。第１の焼結単層１０１ａの形成方法は、上述の図３、図４に基づく
説明と同じであるので、説明は省略する。
【００７０】
レーザー照射工程（Ｓ５０）によって、第１の焼結単層１０１ａを含む第１の単層１０
１が得られ、上述した、材料供給工程（Ｓ３０）と、スキージ工程（Ｓ４０）と、レーザ
ー照射工程（Ｓ５０）と、を少なくとも含む単層形成工程（Ｓ１００）が実行される。な
お、本実施形態では、エネルギー線としてレーザーＬを例示したが、これに限定されない
。例えば、高周波、ハロゲンランプなどを使った熱線、あるいは高熱の熱風を吹き付ける
方法などが適用できる。レーザーＬをエネルギー線として用いることで、正確な位置にエ
ネルギーを照射する制御が容易であること、エネルギー量の増減を正確に制御することが
可能であること、そして、焼結体１０を形成する場合にエネルギー線のＯＮ／ＯＦＦを短
時間に実行させることにレーザーＬをエネルギー線として適用させることがより好ましい
。
【００７１】
（積層数比較工程）
材料供給工程（Ｓ３０）と、スキージ工程（Ｓ４０）と、レーザー照射工程（Ｓ５０）
と、を少なくとも含む単層形成工程（Ｓ１００）が実行されると、積層数比較工程（Ｓ６
０）に移行される。積層数比較工程（Ｓ６０）では、３次元造形用データ取得工程（Ｓ１
０）によって取得された造形データに含まれる、３次元成形物２００を構成するために必
要な単層の積層数Ｎと、積層数比較工程（Ｓ６０）の直前の単層形成工程（Ｓ１００）ま
で積層された単層の積層数ｊと、を比較する。積層数比較工程（Ｓ６０）において、ｊ＜
Ｎと判定された場合、再度、単層形成工程（Ｓ１００）を実行させる積層工程（Ｓ７０）
に移行される。
【００７２】
（積層工程）
積層工程（Ｓ７０）は、積層数比較工程（Ｓ６０）において、ｊ＜Ｎと判定され、再度
、単層形成工程（Ｓ１００）を実行させるための指令工程であり、単層形成工程（Ｓ１０
０）の開始工程である材料供給工程（Ｓ３０）を実行させる。
【００７３】
図９（ｅ）に示すように、積層工程（Ｓ７０）の指令により材料供給工程（Ｓ３０）で
は、第１の単層１０１上に原料Ｍｐが供給される。この時、テーブル１２００は、成形枠
１３００の上端面１３００ｃと、第１の単層１０１の上面１０１ｃと、の相対的な段差ｓ
２を有するように駆動され、リコータ１５００のスキージ端部１５００ａと、上面１０１
ｃと、は離間距離ｔ２が設けられる。
【００７４】
そして、図９（ｆ）に示すように、スキージ工程（Ｓ４０）と、レーザー照射工程（Ｓ
５０）と、が実行され、厚みｔ２の第２の単層１０２が形成される。これにより、第２の
単層１０２を形成する単層形成工程（Ｓ１００）が実行されたこととなり、積層数比較工
程（Ｓ６０）に移行される。
【００７５】
積層数比較工程（Ｓ６０）で、ｊ＜Ｎと判定されると、再度、積層工程（Ｓ７０）に移
行し、上述の材料供給工程（Ｓ３０）、スキージ工程（Ｓ４０）、そしてレーザー照射工
程（Ｓ４０）が、図示しないが第２の単層１０２を第１の単層として、３層目の単層を第
２の単層として積層される。そして、図１０（ｇ）に示すように、所定の積層数Ｎまで積
層され、積層数比較工程（Ｓ６０）においてｊ＝Ｎと判定された状態において、３次元成
形物２００となる焼結部１００ａと、未焼結部１００ｂと、を含む積層体１００を得るこ
とができる。
【００７６】
（未焼結部除去工程）
図１０（ｇ）に示すように、３次元成形物２００を含む積層体１００が得られると、製
造装置１０００から積層体１００を取りだし、未焼結部１００ｂを除去する未焼結部除去
工程（Ｓ８０）が実行される。
【００７７】
未焼結部１００ｂを除去する方法としては、機械的に除去する方法、溶剤によって未焼
結部１００ｂに含むバインダーを溶解し、金属粉末の形態にして除去する方法、などを適
用することができるが、本実施形態では溶剤による除去方法を例示する。
【００７８】
図１０（ｈ）に示すように、溶剤槽２０００に、原料Ｍｐに含まれるバインダーとして
用いられるポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ナノセルロース（ＣｅＮＦ）などの水酸基
を有したもの、あるいはポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンサル
ファイド（ＰＰＳ）などの熱可塑性樹脂などを溶解する溶剤３０００を満たす。そして、
積層体１００をトレイ４０００に載置し、溶剤３０００に浸漬させ、未焼結部１００ｂに
含まれるバインダーを溶解することにより、トレイ４０００上には焼結部１００ａ、すな
わち３次元成形物２００が残る。なお、バインダーの溶解を促進させ、３次元成形物２０
０へのバインダー残留を防止するために、溶剤３０００を加熱してバインダーの溶解を促
進させる、あるいは超音波振動を付加させることもできる。
【００７９】
なお、機械的に未焼結部１００ｂを除去する方法としては、例えば先端を楔状にした除
去工具を当てて未焼結部１００ｂを粉砕する方法、あるいは強振動を与えて未焼結部１０
０ｂを振るい落とす方法、などが適用できる。
【００８０】
以上説明したように、本実施形態に係る３次元成形物の成形方法におけるレーザー照射
工程（Ｓ５０）において、第１実施形態に係る３次元成形物２００となるように、焼結体
１０のドットピッチＰを、
０．５≦Ｐ／Ｄ＜１．０
の関係を満足させながら、ドットピッチＰをより焼結体１０の直径Ｄに近づける、すなわ
ちＰ／Ｄを１．０に近づけることで、短時間で焼結単層１０１ａを形成することができ、
生産性を高めることができる。またＰ／Ｄを０．５に近づけることで、隣り合う焼結体１
０が緻密に集合された焼結単層１０１ａを形成することができ、精密な造形を可能とする
。
【００８１】
さらに積層工程（Ｓ７０）によって単層を積層させる場合に、第２の単層１０２に形成
される焼結体１０は、例えば図５（ｂ）に示すように、第１の単層１０１において隣り合
う焼結体１０、本例では照射位置ｍ２，ｍ３，ｍ２２に形成される焼結体１０の各々のド
ットピッチＰｄが、焼結体１０の直径Ｄの値と近い値で配置されると、隣り合う焼結体１
０の間に未焼結領域１０１ｃが残留する場合がある。しかし、上述した図５（ａ）に示す
ように、第２の単層１０２に含まれる照射位置ｎ１に形成される焼結体１０が、下層の第
１の単層１０１の焼結単層１０１ａに含む焼結体１０の照射位置ｍ２と、照射位置ｍ３と
、照射位置ｍ２２と、を結ぶ３角形領域Ｔｒ１の平面視における領域内に、照射位置ｎ１
が重なるように配置されることで、照射位置ｎ１にレーザーＬが照射されることで、未焼
結領域１０１ｃも同時に焼結される。これにより、３次元成形物の内部に未焼結部、言い
換えると欠陥部となり得る領域を除去しながら、３次元成形物を得ることができる。
【符号の説明】
【００８２】
１０１…単層、１０００…３次元成形装置、１１００…駆動手段、１２００…成形テー
ブル、１３００…成形枠、１４００…原料供給手段、１５００…リコータ、１６００…余
剰原料排出部。
【図１】
2016216759.tif 000003
【図２】
2016216759.tif 000004
【図３】
2016216759.tif 000005
【図４】
2016216759.tif 000006
【図５】
2016216759.tif 000007
【図６】
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【図７】
2016216759.tif 000009
【図８】
2016216759.tif 000010
【図９】
2016216759.tif 000011
【図１０】
2016216759.tif 000012