(57)【要約】【課題】迅速に高精度な三次元造形物を製造する。【解決手段】粒子を含む流動性組成物を液滴の状態で吐出部から吐出させて層を形成する層形成工程を有し、前記層形成工程は、三次元造形物の構成領域に対応する構成層を形成する構成層形成工程と、前記構成層に接し該構成層を支持する支持層を形成する支持層形成工程と、を含み、前記支持層形成工程で前記支持層を形成する際の少なくとも一部の液滴は、前記構成層形成工程で前記構成層を形成する際の少なくとも一部の液滴よりも小さいことを特徴とする三次元造形物の製造方法。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子を含む流動性組成物を液滴の状態で吐出部から吐出させて層を形成する層形成工程を有し、
前記層形成工程は、
三次元造形物の構成領域に対応する構成層を形成する構成層形成工程と、
前記構成層に接し該構成層を支持する支持層を形成する支持層形成工程と、を含み、
前記支持層形成工程で前記支持層を形成する際の少なくとも一部の液滴は、前記構成層形成工程で前記構成層を形成する際の少なくとも一部の液滴よりも小さいことを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記層形成工程は、前記吐出部として、異なる大きさの液滴を吐出する、第１吐出部及び第２吐出部を用いて実行されることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記層形成工程を積層方向に繰り返す積層工程を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記層形成工程は、前記構成層を形成する前記流動性組成物に含まれる構成層形成用粒子を結合する結合工程を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記結合工程は、前記構成層、或いは、前記構成層及び前記支持層にエネルギーを付与して行われ、
前記構成層形成用粒子における前記エネルギーの付与による結合力は、前記支持層を形成する前記流動性組成物に含まれる支持層形成用粒子における結合力よりも強いことを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記層形成工程は、
前記支持層形成工程を複数回実行して前記支持層を複数層形成し、
前記構成層形成工程を実行して該複数層に対応する領域に該複数層の厚みに対応する前記構成層を形成し、
前記結合工程を実行して前記複数層に対応する前記構成層形成用粒子を結合することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項７】
請求項４から６のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記層形成工程は、前記結合工程後において、前記構成層の厚みと該構成層と対応する前記支持層の厚みとが揃うように液滴の大きさが調整されていることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項８】
請求項４から７のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記結合工程は、前記構成層及び前記支持層を加熱することにより行われ、
該加熱温度は、前記構成層形成用粒子の融点以上であり、前記支持層を形成する前記流動性組成物に含まれる支持層形成用粒子の融点以下であることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項９】
請求項４から７のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記結合工程は、前記構成層及び前記支持層を加熱することにより行われ、
該加熱温度は、前記構成層形成用粒子の焼結温度以上であり、前記支持層を形成する前記流動性組成物に含まれる支持層形成用粒子の焼結温度以下であることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記支持層を形成する前記流動性組成物に含まれる支持層形成用粒子の粒径は、前記構成層を形成する前記流動性組成物に含まれる構成層形成用粒子の粒径よりも小さいことを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記支持層を形成する前記流動性組成物に含まれる支持層形成用粒子はシリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコンの少なくともいずれか１つの成分を含む粒子であり、前記構成層を形成する前記流動性組成物に含まれる構成層形成用粒子はアルミ、チタン、鉄、銅、マグネシウム、ステンレス鋼、マルエージング鋼の少なくともいずれか１つの成分を含む粒子であることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項１２】
粒子を含む流動性組成物を液滴の状態で吐出する吐出部と、前記吐出部から液滴を吐出させて層を形成するよう制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、三次元造形物の構成領域に対応する構成層と、前記構成層に接し該構成層を支持する支持層とを、前記支持層を形成する際の少なくとも一部の液滴が前記構成層を形成する際の少なくとも一部の液滴よりも小さくなるように形成するよう制御することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形物の製造方法及び三次元造形物の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、層を積層することにより三次元造形物を製造する製造方法が実施されている。このうち、粒子を含む流動性組成物を用いて層を形成しながら三次元造形物を製造する製造方法が開示されている。  
例えば、特許文献１には、金属ペーストを用いて層を形成し、三次元造形物の対応領域にレーザーを照射して焼結又は溶融しながら三次元造形物を製造する製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
しかしながら、従来の三次元造形物の製造方法では、一の厚みの層を形成して三次元造形物を製造していた。このため、製造速度を上げようとすると、層の厚みを大きくして、金属ペーストなどの粒子を含む流動性組成物の供給スピードを高く（単位時間当たりの供給量を大きく）しなければならず、製造精度が低下していた。一方、製造精度を高くしようとすると、層の厚みを小さくして、高い精度で金属ペーストなどの粒子を含む流動性組成物を供給しなければならず、製造速度が低下していた。このように、従来の三次元造形物の製造方法では、製造速度と製造精度とがトレードオフになっていた。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、迅速に高精度な三次元造形物を製造することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明の第１の態様の三次元造形物の製造方法は、粒子を含む流動性組成物を液滴の状態で吐出部から吐出させて層を形成する層形成工程を有し、前記層形成工程は、三次元造形物の構成領域に対応する構成層を形成する構成層形成工程と、前記構成層に接し該構成層を支持する支持層を形成する支持層形成工程と、を含み、前記支持層形成工程で前記支持層を形成する際の少なくとも一部の液滴は、前記構成層形成工程で前記構成層を形成する際の少なくとも一部の液滴よりも小さいことを特徴とする。
【０００７】
本態様によれば、構成層を形成する際の液滴よりも小さい液滴で支持層を形成する。すなわち、相対的に小さい液滴で三次元造形物の輪郭の形状を決定する支持層を形成し、相対的に大きい液滴で三次元造形物の内部を構成する構成層を形成する。このため、三次元造形物において高い精度で形成する必要のある輪郭の形状を決定する支持層を高い精度で形成することができるとともに、三次元造形物において高い精度で形成する必要のない内部を構成する構成層を迅速に形成できる。したがって、迅速に高精度な三次元造形物を製造することができる。  
ここで、「輪郭」とは、三次元造形物の表面の形状を形作る部分である。三次元造形物の表面にコート層を設ける場合などはコート層の下層を意味する場合もある。
【０００８】
本発明の第２の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１の態様において、前記層形成工程は、前記吐出部として、異なる大きさの液滴を吐出する、第１吐出部及び第２吐出部を用いて実行されることを特徴とする。
【０００９】
本態様によれば、異なる大きさの液滴を吐出する第１吐出部及び第２吐出部を用いて層形成を実行できる。このため、簡単に、相対的に大きい液滴と相対的に小さい液滴とを吐出させることができる。  
なお、「異なる大きさの液滴を吐出する」とは、第１吐出部及び第２吐出部がともに１種類の大きさの液滴を吐出可能であり各々の液滴の大きさが異なるという場合のみを意味するのではなく、第１吐出部及び第２吐出部の少なくとも一方が複数種類の大きさの液滴を吐出可能であり第１吐出部及び第２吐出部から吐出可能な液滴の大きさが一部同じとなる場合も含む意味である。
【００１０】
本発明の第３の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１又は第２の態様において、前記層形成工程を積層方向に繰り返す積層工程を有することを特徴とする。
【００１１】
本態様によれば、層形成工程を積層方向に繰り返す積層工程を有する。このため、層を積層させることで、簡単に、三次元造形物を製造することができる。
【００１２】
本発明の第４の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第３のいずれか１つの態様において、前記層形成工程は、前記構成層を形成する前記流動性組成物に含まれる構成層形成用粒子を結合する結合工程を有することを特徴とする。
【００１３】
本態様によれば、構成層形成用粒子を結合する結合工程を有する。このため、頑丈な三次元造形物を製造することが可能になる。  
なお、「粒子を結合する」とは、例えば、粒子を焼結することや粒子を溶融することなどが挙げられる。
【００１４】
本発明の第５の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第４の態様において、前記結合工程は、前記構成層、或いは、前記構成層及び前記支持層にエネルギーを付与して行われ、前記構成層形成用粒子における前記エネルギーの付与による結合力は、前記支持層を形成する前記流動性組成物に含まれる支持層形成用粒子における結合力よりも強いことを特徴とする。
【００１５】
本態様によれば、結合工程は、構成層、或いは、構成層及び支持層にエネルギーを付与して行われ、構成層形成用粒子におけるエネルギーの付与による結合力は、支持層を形成する流動性組成物に含まれる支持層形成用粒子におけるエネルギーの付与による結合力よりも強い。このため、相対的に強く構成層形成用粒子を結合でき、頑丈な三次元造形物を製造することが可能になる。  
なお、「支持層形成用粒子における結合力」とは、結合工程で支持層にエネルギーを付与しない場合は支持層にエネルギーを付与しない状態での結合力、結合工程で支持層にエネルギーを付与する場合は支持層にエネルギーを付与した状態での結合力を意味する。
【００１６】
本発明の第６の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第４又は第５の態様において、前記層形成工程は、前記支持層形成工程を複数回実行して前記支持層を複数層形成し、前記構成層形成工程を実行して該複数層に対応する領域に該複数層の厚みに対応する前記構成層を形成し、前記結合工程を実行して前記複数層に対応する前記構成層形成用粒子を結合することを特徴とする。
【００１７】
本態様によれば、支持層形成工程を複数回実行して支持層を複数層形成してから構成層形成工程を実行して該複数層に対応する領域に該複数層の厚みに対応する構成層を形成し、該複数層に対応する粒子を結合する。すなわち、構成層形成工程の回数を減らすことができる。このため、特に迅速に、高精度な三次元造形物を製造することができる。
【００１８】
本発明の第７の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第４から第６のいずれか１つの態様において、前記層形成工程は、前記結合工程後において、前記構成層の厚みと該構成層と対応する前記支持層の厚みとが揃うように液滴の大きさが調整されていることを特徴とする。
【００１９】
本態様によれば、層形成工程は、結合工程後において、構成層の厚みと該構成層と対応する支持層の厚みとが揃うように液滴の大きさが調整されている。このため、支持層と構成層との層厚が異なることに伴う層厚の調整などが不要になり、簡単に、高精度な三次元造形物を製造することができる。
【００２０】
本発明の第８の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第４から第７のいずれか１つの態様において、前記結合工程は、前記構成層及び前記支持層を加熱することにより行われ、該加熱温度は、前記構成層形成用粒子の融点以上であり、前記支持層を形成する前記流動性組成物に含まれる支持層形成用粒子の融点以下であることを特徴とする。
【００２１】
本態様によれば、結合工程は、構成層及び支持層を加熱することにより行われ、該加熱温度は、構成層形成用粒子の融点以上であり支持層形成用粒子の融点以下である。このため、支持層を溶融することなく構成層（三次元造形物）を溶融できるので、完成した三次元造形物を支持層から簡単に取り外すことができる。
【００２２】
本発明の第９の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第４から第７のいずれか１つの態様において、前記結合工程は、前記構成層及び前記支持層を加熱することにより行われ、該加熱温度は、前記構成層形成用粒子の焼結温度以上であり、前記支持層を形成する前記流動性組成物に含まれる支持層形成用粒子の焼結温度以下であることを特徴とする。
【００２３】
本態様によれば、結合工程は、構成層及び支持層を加熱することにより行われ、該加熱温度は、構成層形成用粒子の焼結温度以上であり支持層形成用粒子の焼結温度以下である。このため、支持層を焼結することなく構成層（三次元造形物）を焼結できるので、完成した三次元造形物を支持層から簡単に取り外すことができる。
【００２４】
本発明の第１０の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第９のいずれか１つの態様において、前記支持層を形成する前記流動性組成物に含まれる支持層形成用粒子の粒径は、前記構成層を形成する前記流動性組成物に含まれる構成層形成用粒子の粒径よりも小さいことを特徴とする。
【００２５】
本態様によれば、支持層形成用粒子の粒径は構成層形成用粒子の粒径よりも小さい。このため、三次元造形物において高い精度で形成する必要のある輪郭の形状を決定する支持層を相対的に小さい粒径の粒子により高い精度で形成することができる。したがって、特に高精度な三次元造形物を製造することができる。
【００２６】
本発明の第１１の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第１０のいずれか１つの態様において、前記支持層を形成する前記流動性組成物に含まれる支持層形成用粒子はシリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコンの少なくともいずれか１つの成分を含む粒子であり、前記構成層を形成する前記流動性組成物に含まれる構成層形成用粒子はアルミ、チタン、鉄、銅、マグネシウム、ステンレス鋼、マルエージング鋼の少なくともいずれか１つの成分を含む粒子であることを特徴とする。
【００２７】
本態様によれば、支持層形成用粒子はシリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコンの少なくともいずれか１つの成分を含む粒子であり、構成層形成用粒子はアルミ、チタン、鉄、銅、マグネシウム、ステンレス鋼、マルエージング鋼の少なくともいずれか１つの成分を含む粒子である。このため、エネルギー付与工程により、構成材料粒子を溶融し、支持部材形成粒子を低い焼結密度とするように容易にコントロールすることができる。あるいは、構成材料粒子を焼結し、支持部材形成粒子を焼結しないように容易にコントロールすることができる。これにより三次元造形物の強度を確保しつつ、三次元造形物を取り外す際の分離作業や取り外した後の成形作業などの負荷が大きくなるということを抑制できる。
【００２８】
本発明の第１２の態様の三次元造形物の製造装置は、粒子を含む流動性組成物を液滴の状態で吐出する吐出部と、前記吐出部から液滴を吐出させて層を形成するよう制御する制御部と、を有し、前記制御部は、三次元造形物の構成領域に対応する構成層と、前記構成層に接し該構成層を支持する支持層とを、前記支持層を形成する際の少なくとも一部の液滴が前記構成層を形成する際の少なくとも一部の液滴よりも小さくなるように形成するよう制御することを特徴とする。
【００２９】
本態様によれば、構成層を形成する際の液滴よりも小さい液滴で支持層を形成する。すなわち、相対的に小さい液滴で三次元造形物の輪郭の形状を決定する支持層を形成し、相対的に大きい液滴で三次元造形物の内部を構成する構成層を形成する。このため、三次元造形物において高い精度で形成する必要のある輪郭の形状を決定する支持層を高い精度で形成することができるとともに、三次元造形物において高い精度で形成する必要のない内部を構成する構成層を迅速に形成できる。したがって、迅速に高精度な三次元造形物を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（ａ）は本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図、（ｂ）は（ａ）に示すＢ部の拡大図。
【図２】（ａ）は本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図、（ｂ）は（ａ）に示すＣ部の拡大図。
【図３】本発明の一の実施形態に係るヘッドベースの概略透視図。
【図４】本発明の一の実施形態に係るヘッドユニットの配置と、溶融部の形成形態と、の関係を概念的に説明する平面図。
【図５】溶融部の形成形態を概念的に説明する概略図。
【図６】ヘッドベースに配置されるヘッドユニットの、その他の配置の例を示す模式図。
【図７】本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造過程を表す概略図。
【図８】本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造過程を表す概略図。
【図９】本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造過程を表す概略図。
【図１０】本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造過程を表す概略図。
【図１１】本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造過程を表す概略図。
【図１２】本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。  
図１及び図２は本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図である。  
ここで、本実施形態の三次元造形物の製造装置は、２種類の材料供給部（ヘッドベース）を備えているが、図１及び図２は、各々、一方の材料供給部のみを表した図であり、他方の材料供給部は省略して表している。また、図１の材料供給部は、三次元造形物の構成材料を供給する材料供給部であり、構成材料を固める（溶融する）ためのレーザー照射部を備えている。そして、図２の材料供給部は、三次元造形物を造形する際に構成材料を支持する支持層を形成するための支持層形成用材料を供給する材料供給部である。  
なお、本明細書における「三次元造形」とは、いわゆる立体造形物を形成することを示すものであって、例えば、平板状、いわゆる二次元形状の形状であっても厚みを有する形状を形成することも含まれる。また、「支持する」とは、下側から支持する場合の他、横側から支持する場合や、場合によっては上側から支持する場合も含む意味である。
【００３２】
図１及び図２に示す三次元造形物の製造装置２０００（以下、形成装置２０００という）は、基台１１０と、基台１１０に備える駆動手段としての駆動装置１１１によって、図示するＸ，Ｙ，Ｚ方向の移動、あるいはＺ軸を中心とする回転方向に駆動可能に備えられたステージ１２０を備えている。  
そして、図１で表されるように、一方の端部が基台１１０に固定され、他方の端部に三次元造形物の構成材料を吐出する構成材料吐出部１２３０とエネルギー照射部１３００とを備えるヘッドユニット１４００を複数保持するヘッドベース１１００が保持固定される、ヘッドベース支持部１３０を備えている。  
また、図２で表されるように、一方の端部が基台１１０に固定され、他方の端部に三次元造形物を支持する支持層形成用材料を吐出する支持層形成用材料吐出部１７３０を備えるヘッドユニット１９００を複数保持するヘッドベース１６００が保持固定される、ヘッドベース支持部７３０と、を備えている。  
ここで、ヘッドベース１１００及びヘッドベース１６００は、ＸＹ平面において並列に設けられている。  
なお、構成材料吐出部１２３０及び支持層形成用材料吐出部１７３０は、吐出する液滴の大きさ（ドット径）と、吐出される材料（構成材料及び支持層形成用材料）が異なること以外は同様の構成のものである。ただし、このような構成に限定されない。
【００３３】
ステージ１２０上には、三次元造形物５００が形成される過程での層５０１、５０２及び５０３が形成される。なお、詳細は後述するが、構成材料吐出部１２３０と支持層形成用材料吐出部１７３０とから異なるドット径の液滴を吐出することにより、異なる厚みの層を形成可能である。支持層形成用材料吐出部１７３０を用いて相対的に小さいドット径の液滴を吐出して薄い層を形成可能であり、構成材料吐出部１２３０を用いて相対的に大きいドット径の液滴を吐出して厚い層を形成可能である。  
三次元造形物５００の形成には、レーザーの照射により、熱が発生するため、耐熱性を有する試料プレート１２１を用いて、試料プレート１２１の上に三次元造形物５００を形成してもよい。こうすることで、レーザーの照射により発生する熱からステージ１２０を保護することができる。試料プレート１２１としては、例えばセラミック板を用いることで、高い耐熱性を得ることができ、更に溶融（あるいは焼結されてもよい）される三次元造形物の構成材料との反応性も低く、三次元造形物５００の変質を防止することができる。なお、図１（ａ）及び図２（ａ）では、説明の便宜上、層５０１、５０２及び５０３の３層を例示したが、所望の三次元造形物５００の形状まで（図１（ａ）及び図２（ａ）中の層５０ｎまで）積層される。  
ここで、層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎは、各々、支持層形成用材料吐出部１７３０から吐出される支持層形成用材料で形成される支持層３００と、構成材料吐出部１２３０から吐出される構成材料で形成される溶融層３１０（三次元造形物５００の構成領域に対応する構成層）と、で構成される。また、構成材料吐出部１２３０から吐出される構成材料を、吐出後すぐにエネルギー照射部１３００から熱エネルギーを照射して液滴毎に溶融させることができるとともに、１層分の層を形成した後に、該層全体にエネルギー照射部１３００から熱エネルギーを照射して、層毎に溶融させることもできる。さらには、エネルギー照射部１３００から熱エネルギーを照射することなく溶融層３１０と支持層３００とを複数層形成することで三次元造形物の形状を完成させて、これを形成装置２０００とは別体で設けられた恒温槽（加熱部）において溶融又は焼結させることも可能である。
【００３４】
また、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すヘッドベース１１００を示すＢ部拡大概念図である。図１（ｂ）に示すように、ヘッドベース１１００は、複数のヘッドユニット１４００が保持されている。詳細は後述するが、１つのヘッドユニット１４００は、構成材料供給装置１２００に備える構成材料吐出部１２３０と、エネルギー照射部１３００と、が保持治具１４００ａに保持されることで構成される。構成材料吐出部１２３０は、吐出ノズル１２３０ａと、材料供給コントローラー１５００によって吐出ノズル１２３０ａから構成材料を吐出させる吐出駆動部１２３０ｂと、を備えている。また、支持層形成用材料を焼結させるためのレーザー照射部３１００と、レーザー照射部３１００からのレーザー光を位置決めするガルバノミラー３０００をステージ１２０の上方に備えている。
【００３５】
また、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すヘッドベース１６００を示すＣ部拡大概念図である。図２（ｂ）に示すように、ヘッドベース１６００は、複数のヘッドユニット１９００が保持されている。ヘッドユニット１９００は、支持層形成用材料供給装置１７００に備える支持層形成用材料吐出部１７３０が保持治具１９００ａに保持されることで構成される。支持層形成用材料吐出部１７３０は、吐出ノズル１７３０ａと、材料供給コントローラー１５００によって吐出ノズル１７３０ａから支持層形成用材料を吐出させる吐出駆動部１７３０ｂと、を備えている。
【００３６】
なお、本実施例の形成装置２０００は、異なるドット径の液滴を吐出する構成材料吐出部１２３０及び支持層形成用材料吐出部１７３０を備える。さらに、構成材料吐出部１２３０及び支持層形成用材料吐出部１７３０は、各々、複数の異なるドット径の液滴を吐出可能な構成（異なる層厚（厚み）の層を形成可能な構成）である。
【００３７】
エネルギー照射部１３００は、本実施形態ではエネルギーとして電磁波であるレーザーを照射するエネルギー照射部により説明する（以下、エネルギー照射部１３００をレーザー照射部１３００という）。照射されるエネルギーにレーザーを用いることにより、ターゲットとなる供給材料に狙いを定めてエネルギーを照射することができ、品質の良い三次元造形物を形成することができる。また、例えば吐出される材料の種類に合わせて、照射エネルギー量（パワー、走査速度）を制御することが容易に行うことができ、所望の品質の三次元造形物を得ることができる。ただし、このような構成に限定されず、レーザー照射部１３００の代わりにアーク放電により発生する熱を付与するエネルギー付与部を設け、アーク放電により発生する熱により層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎを溶融又は焼結することにより固める構成としてもよい。なお、例えば、吐出される材料を焼結させて固化することや、溶融して固化することも選択可能であることは言うまでもない。すなわち、吐出される材料は、場合によってはこれが焼結材料であったり、溶融材料であったり、その他の方法によって固化する固化材料であったりする。
【００３８】
図１で表されるように、構成材料吐出部１２３０は、ヘッドベース１１００に保持されるヘッドユニット１４００それぞれに対応させた構成材料を収容した構成材料供給ユニット１２１０と供給チューブ１２２０により接続されている。そして、所定の構成材料が構成材料供給ユニット１２１０から構成材料吐出部１２３０に供給される。構成材料供給ユニット１２１０には、本実施形態に係る形成装置２０００によって造形される三次元造形物５００の原料を含む材料（金属粒子（構成層形成用粒子）を含むペースト状の構成材料）が供給材料として構成材料収容部１２１０ａに収容され、個々の構成材料収容部１２１０ａは、供給チューブ１２２０によって、個々の構成材料吐出部１２３０に接続されている。このように、個々の構成材料収容部１２１０ａを備えることにより、ヘッドベース１１００から、複数の異なる種類の材料を供給することができる。
【００３９】
図２で表されるように、支持層形成用材料吐出部１７３０は、ヘッドベース１６００に保持されるヘッドユニット１９００それぞれに対応させた支持層形成用材料を収容した支持層形成用材料供給ユニット１７１０と供給チューブ１７２０により接続されている。そして、所定の支持層形成用材料が支持層形成用材料供給ユニット１７１０から支持層形成用材料吐出部１７３０に供給される。支持層形成用材料供給ユニット１７１０には、三次元造形物５００を造形する際の支持層を構成する支持層形成用材料（セラミックス粒子（支持層形成用粒子）を含むペースト状の支持層形成用材料）が供給材料として支持層形成用材料収容部１７１０ａに収容され、個々の支持層形成用材料収容部１７１０ａは、供給チューブ１７２０によって、個々の支持層形成用材料吐出部１７３０に接続されている。このように、個々の支持層形成用材料収容部１７１０ａを備えることにより、ヘッドベース１６００から、複数の異なる種類の支持層形成用材料を供給することができる。
【００４０】
被溶融材料として供給される構成材料は、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）やクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）の単体粉末、もしくはこれらの金属を１つ以上含む合金（マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金）などの混合粉末を、溶剤と、バインダーとを含むスラリー状（あるいはペースト状）の混合材料などにして用いることが可能である。  
また、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチックを用いることが可能である。その他、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチックも用いることが可能である。  
このように、構成材料に特に限定はなく、上記金属以外の金属やセラミックスや樹脂等も使用可能である。  
溶剤としては、例えば、水；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の（ポリ）アルキレングリコールモノアルキルエーテル類；酢酸エチル、酢酸ｎ−プロピル、酢酸ｉｓｏ−プロピル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸ｉｓｏ−ブチル等の酢酸エステル類；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類；メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル−ｎ−ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類；エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類；テトラアルキルアンモニウムアセテート類；ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤；ピリジン、γ−ピコリン、２，６−ルチジン等のピリジン系溶剤；テトラアルキルアンモニウムアセテート（例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等）等のイオン液体等が挙げられ、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。  
バインダーとしては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂又はＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）或いはその他の熱可塑性樹脂である。
【００４１】
本実施形態においては、支持層形成用材料は、セラミックスを含有している。該支持層形成用材料としては、例えば金属酸化物、金属アルコキシド、金属などの混合粉末と、溶剤と、バインダーとを含むスラリー状（あるいはペースト状）の混合材料などを用いることが可能である。  
ただし、支持層形成用材料に特に限定はなく、上記の構成材料の例のような、セラミックス以外の金属や樹脂等も使用可能である。
【００４２】
形成装置２０００には、図示しない、例えばパーソナルコンピューター等のデータ出力装置から出力される三次元造形物の造形用データに基づいて、上述したステージ１２０、構成材料供給装置１２００に備える構成材料吐出部１２３０やレーザー照射部１３００、並びに、支持層形成用材料供給装置１７００に備える支持層形成用材料吐出部１７３０を制御する制御手段としての制御ユニット４００を備えている。そして、制御ユニット４００には、図示しないが、ステージ１２０、構成材料吐出部１２３０及びレーザー照射部１３００、並びに、ステージ１２０及び支持層形成用材料供給装置１７００が連携して駆動及び動作するよう制御する制御部を備えている。
【００４３】
基台１１０に移動可能に備えられているステージ１２０は、制御ユニット４００からの制御信号に基づき、ステージコントローラー４１０においてステージ１２０の移動開始と停止、移動方向、移動量、移動速度などを制御する信号が生成され、基台１１０に備える駆動装置１１１に送られ、図示するＸ，Ｙ，Ｚ方向にステージ１２０が移動する。ヘッドユニット１４００に備える構成材料吐出部１２３０では、制御ユニット４００からの制御信号に基づき、材料供給コントローラー１５００において構成材料吐出部１２３０に備える吐出駆動部１２３０ｂにおける吐出ノズル１２３０ａからの材料吐出量などを制御する信号が生成され、生成された信号により吐出ノズル１２３０ａから所定量の構成材料が吐出される。  
同様に、ヘッドユニット１９００に備える支持層形成用材料吐出部１７３０では、制御ユニット４００からの制御信号に基づき、材料供給コントローラー１５００において支持層形成用材料吐出部１７３０に備える吐出駆動部１７３０ｂにおける吐出ノズル１７３０ａからの材料吐出量などを制御する信号が生成され、生成された信号により吐出ノズル１７３０ａから所定量の支持層形成用材料が吐出される。
【００４４】
また、レーザー照射部１３００は、制御ユニット４００から制御信号がレーザーコントローラー４３０に送られ、レーザーコントローラー４３０から、複数のレーザー照射部１３００のいずれか、またはすべてにレーザーを照射させる出力信号が送られる。  
ここで、レーザー照射部１３００からのレーザー照射は、ステージコントローラー４１０によるステージ１２０の駆動信号と同期して、ステージコントローラー４１０によるステージ１２０の駆動信号と同期して、層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎの所望の領域に照射されるように制御される。
【００４５】
次に、ヘッドユニット１４００についてさらに詳細に説明する。なお、ヘッドユニット１９００は、レーザー照射部１３００が設けられておらず構成材料吐出部１２３０の代わりに支持層形成用材料吐出部１７３０が同様の配置で構成されていること以外は、ヘッドユニット１４００と同様の構成である。このため、ヘッドユニット１９００についての詳細な構成の説明は省略する。  
図３及び図４は、ヘッドベース１１００に複数保持されるヘッドユニット１４００及びヘッドユニット１４００に保持されるレーザー照射部１３００と構成材料吐出部１２３０の保持形態の一例を示し、このうち図４は、図１（ｂ）に示す矢印Ｄ方向からのヘッドベース１１００の外観図である。  
なお、以下の説明は、層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎの所望の領域を溶融して固める例の説明であるが、該所望の領域を溶融の際の温度より低い温度で焼結させて固めてもよい。
【００４６】
図３に示すように、ヘッドベース１１００に複数のヘッドユニット１４００が、図示しない固定手段によって保持されている。また、図４で表されるように、本実施形態に係る形成装置２０００のヘッドベース１１００では、図下方より第１列目のヘッドユニット１４０１、第２列目のヘッドユニット１４０２、第３列目のヘッドユニット１４０３、第４列目のヘッドユニット１４０４の、４ユニットが千鳥状に配置されたヘッドユニット１４００を備えている。そして、図４（ａ）で表されるように、ステージ１２０をヘッドベース１１００に対してＸ方向に移動させながら各ヘッドユニット１４００から構成材料を吐出し、レーザー照射部１３００からレーザーＬを照射させて溶融部５０（溶融部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び５０ｄ）が形成される。溶融部５０の形成手順については後述する。  
なお、図示しないが、それぞれのヘッドユニット１４０１〜１４０４に備える構成材料吐出部１２３０は、吐出駆動部１２３０ｂを介して構成材料供給ユニット１２１０に供給チューブ１２２０で繋がれ、レーザー照射部１３００はレーザーコントローラー４３０に繋がれ、保持治具１４００ａに保持される構成となっている。
【００４７】
図３に示すように、構成材料吐出部１２３０は吐出ノズル１２３０ａから、ステージ１２０上に載置された試料プレート１２１上に向けて三次元造形物の構成材料である材料Ｍが吐出される。ヘッドユニット１４０１では、材料Ｍが液滴状で吐出される吐出形態を例示し、ヘッドユニット１４０２では、材料Ｍが連続体状で供給される吐出形態を例示している。本実施形態の形成装置２０００における材料Ｍの吐出形態は液滴状である。しかしながら、一部の吐出ノズル１２３０ａが連続体状で構成材料を供給可能なものも使用可能である。
【００４８】
吐出ノズル１２３０ａから液滴状に吐出された材料Ｍは、略重力方向に飛翔し、試料プレート１２１上に着弾する。レーザー照射部１３００は、保持治具１４００ａに保持されている。ステージ１２０の移動に伴い、試料プレート１２１上に着弾した材料Ｍがレーザー照射範囲内に入ると材料Ｍが溶融し、レーザー照射範囲外では固化して溶融部５０が形成される。この溶融部５０の集合体が、試料プレート１２１上に形成される三次元造形物５００の溶融層３１０（図１参照）として形成される。  
ただし、このように、吐出ノズル１２３０ａから液滴状に吐出された材料Ｍに対してすぐにレーザー照射部１３００からレーザーＬを照射するのではなく、吐出ノズル１２３０ａから材料Ｍを吐出して１層分の層を形成してから、レーザー照射部１３００を移動させながら該層全体にレーザーＬを照射することもできる。
【００４９】
次に、溶融部５０の形成手順について、図４及び図５を用いて説明する。  
図４は、本実施形態のヘッドユニット１４００の配置と、溶融部５０の形成形態と、の関係を概念的に説明する平面図である。そして、図５は、溶融部５０の形成形態を概念的に表す平面図である。
【００５０】
まず、ステージ１２０が＋Ｘ方向に移動すると、複数の吐出ノズル１２３０ａから材料Ｍが液滴状に吐出され、試料プレート１２１の所定の位置に材料Ｍが配置される。そして、更にステージ１２０が＋Ｘ方向に移動すると、レーザー照射部１３００から照射されるレーザーＬの照射範囲内に入り、材料Ｍが溶融する。更にステージ１２０が＋Ｘ方向に移動すると、材料ＭはレーザーＬの照射範囲外となり固化して溶融部５０が形成される。
【００５１】
より具体的には、まず、図５（ａ）で表されるように、ステージ１２０を＋Ｘ方向に移動させながら、複数の吐出ノズル１２３０ａから試料プレート１２１の所定の位置に一定の間隔で材料Ｍを配置させる。
【００５２】
次に、図５（ｂ）で表されるように、ステージ１２０を図１に示す−Ｘ方向に移動させながら、一定の間隔で配置された材料Ｍの間を埋めるように新たに材料Ｍを配置させる。そして、ステージ１２０が−Ｘ方向へ継続して移動させることにより、レーザーＬの照射範囲内に材料Ｍが入ることで溶融される（溶融部５０が形成される）。  
なお、所定の位置に材料Ｍが配置されてからレーザーＬの照射範囲内に入るまでの時間は、ステージ１２０の移動速度で調整することができる。例えば、材料Ｍに溶剤を含む場合、ステージ１２０の移動速度を遅くして、照射範囲内に入るまでの時間を長くすることで溶剤の乾燥を促進することができる。  
また、ステージ１２０を＋Ｘ方向に移動させながら、複数の吐出ノズル１２３０ａから試料プレート１２１の所定の位置に材料Ｍが重なるように（間隔を空けないように）配置させて、同一方向へ移動させたままレーザーＬの照射範囲内に入る構成（ステージ１２０のＸ方向における往復移動で溶融部５０を形成する構成ではなく、ステージ１２０のＸ方向における片側の移動のみで溶融部５０を形成する構成）としても良い。
【００５３】
上記のように溶融部５０を形成することによって、図４（ａ）で表されるような、各ヘッドユニット１４０１、１４０２、１４０３及び１４０４のＸ方向における１ライン分（Ｙ方向における１ライン目）の溶融部５０（溶融部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び５０ｄ）が形成される。
【００５４】
次に、各ヘッドユニット１４０１、１４０２、１４０３及び１４０４のＹ方向における２ライン目の溶融部５０（溶融部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び５０ｄ）を形成するため、−Ｙ方向にヘッドベース１１００を移動させる。移動量は、ノズル間のピッチをＰとすると、Ｐ／ｎ（ｎは自然数）ピッチ分だけ−Ｙ方向に移動させる。本実施例ではｎを３として説明する。  
図５（ａ）及び図５（ｂ）で表されるような、上記と同様な動作を行うことで、図４（ｂ）で表されるような、Ｙ方向における２ライン目の溶融部５０’（溶融部５０ａ’、５０ｂ’、５０ｃ’及び５０ｄ’）が形成される。
【００５５】
次に、各ヘッドユニット１４０１、１４０２、１４０３及び１４０４のＹ方向における３ライン目の溶融部５０（溶融部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び５０ｄ）を形成するため、−Ｙ方向にヘッドベース１１００を移動させる。移動量は、Ｐ／３ピッチ分だけ−Ｙ方向に移動させる。  
そして、図５（ａ）及び図５（ｂ）で表されるような、上記と同様な動作を行うことで、図４（ｃ）で表されるような、Ｙ方向における３ライン目の溶融部５０’’
（溶融部５０ａ’’、５０ｂ’’、５０ｃ’’及び５０ｄ’’）が形成され、溶融層３１０を得ることができる。
【００５６】
また、構成材料吐出部１２３０から吐出される材料Ｍを、ヘッドユニット１４０１、１４０２、１４０３及び１４０４のいずれか１ユニット、あるいは２ユニット以上からその他ヘッドユニットと異なる構成材料を吐出供給することもできる。従って、本実施形態に係る形成装置２０００を用いることによって、異種材料から形成される三次元造形物を得ることができる。
【００５７】
なお、第１層目の層５０１において、上述したように溶融層３１０を形成する前或いは後に、支持層形成用材料吐出部１７３０から支持層形成用材料を吐出させて、吐出された材料を溶融しないということ以外は同様の方法で、支持層３００を形成することができる。支持層３００は焼結された状態であることが望ましい。そして、層５０１に積層させて層５０２、５０３、・・・５０ｎを形成する際にも、同様に、溶融層３１０及び支持層３００を形成することができる。ここで、支持層形成用材料吐出部１７３０を用いて形成された層（支持層３００）は、構成材料吐出部１２３０を用いて形成された層（溶融層３１０）よりも薄くなる（図７から図１１参照）。
【００５８】
上述の本実施形態に係る形成装置２０００が備えるヘッドユニット１４００及び１９００の数及び配列は、上述した数及び配列に限定されない。図６に、その例として、ヘッドベース１１００に配置されるヘッドユニット１４００の、その他の配置の例を模式図的に示す。
【００５９】
図６（ａ）は、ヘッドベース１１００にヘッドユニット１４００をＸ軸方向に複数、並列させた形態を示す。図６（ｂ）は、ヘッドベース１１００にヘッドユニット１４００を格子状に配列させた形態を示す。なお、いずれも配列されるヘッドユニットの数は、図示の例に限定されない。
【００６０】
次に、上述の本実施形態に係る形成装置２０００を用いて行う三次元造形物の製造方法の一実施例について説明する。  
図７は、形成装置２０００を用いて行う三次元造形物の製造過程の一例を表す概略図である。ここで、図７は、図７（ｋ）で表される形状の三次元造形物の完成体Ｏを形成する際における、製造過程の一例を表している。
【００６１】
最初に、図７（ａ）で表される状態から、図７（ｂ）で表されるように、支持層形成用材料吐出部１７３０から支持層形成用材料を吐出させて、相対的に層厚の薄い第１層目の支持層３００を形成する。ここで、支持層３００は、該層における三次元造形物の形成領域（溶融層３１０に対応する領域）以外の領域（三次元造形物の非形成領域）に形成される。  
次に、図７（ｃ）で表されるように、支持層形成用材料吐出部１７３０から支持層形成用材料を吐出させて、相対的に層厚の薄い第２層目の層において、支持層３００を形成する。
【００６２】
次に、図７（ｄ）で表されるように、構成材料吐出部１２３０から構成材料を吐出させるとともにレーザー照射部１３００からレーザーＬを照射させて、三次元造形物の形成領域に対応する部分に、相対的に層厚の厚い、溶融層３１０を形成する。  
なお、図７（ｄ）で表されるように、構成材料吐出部１２３０から構成材料を吐出させるとともにレーザー照射部１３００からレーザーＬを照射させて構成される溶融層３１０は、支持層形成用材料吐出部１７３０から支持層形成用材料を吐出させて構成される支持層３００の２倍の厚さとなっている。ただし、本実施形態の形成装置２０００は、後述するように、溶融層３１０が支持層３００の３倍の厚さとなるように溶融層３１０及び支持層３００を形成することも可能である（図８及び図９参照）。
【００６３】
次に、図７（ｅ）で表されるように、支持層形成用材料吐出部１７３０から支持層形成用材料を吐出させて、相対的に層厚の薄い支持層３００を形成する。ここで、この際の支持層３００も、三次元造形物の形成領域（溶融層３１０に対応する領域）以外の領域に形成される。  
次に、図７（ｆ）で表されるように、支持層形成用材料吐出部１７３０から支持層形成用材料を吐出させて、相対的に層厚の薄い支持層３００を形成する。  
次に、図７（ｇ）で表されるように、構成材料吐出部１２３０から構成材料を吐出させるとともにレーザー照射部１３００からレーザーＬを照射させて、三次元造形物の形成領域に対応する部分に、相対的に層厚の厚い、溶融層３１０を形成する。
【００６４】
次に、図７（ｈ）から（ｊ）で表されるように、図７（ｅ）から（ｇ）と同様、相対的に層厚の薄い支持層３００及びを形成し、相対的に層厚の厚い溶融層３１０を形成する。  
こうして、三次元造形物の完成体Ｏが完成する。なお、図７（ｋ）は、三次元造形物の完成体Ｏを試料プレート１２１から取り外し、三次元造形物の完成体Ｏを現像（三次元造形物の完成体Ｏから支持層３００を除去すること）した状態を表している。
【００６５】
また、図７（ｊ）などで表されるように、本実施例において、支持層３００は、上層にアンダーカット部（下層に対してＸＹ平面方向に凸になった部分）がある場合に、下層における支持層として、これを支えることが可能な層（所謂サポート層）となっている。ただし、支持層は、このような支持層であることに限定されず、例えば、試料プレート１２１の上面全体に形成される層であって、第１層目の層における溶融層３１０を支えることが可能な層（所謂剥離層）であってもよい。このような剥離層を設けることで、三次元造形物の完成体Ｏを試料プレート１２１から取り外すことに伴う後工程を減らす（容易にする）ことが可能になる。なお、下層においては、レーザー照射部からレーザーＬを照射することにより材料Ｍを焼結させておいてもよい。
【００６６】
次に、上述の本実施形態に係る形成装置２０００を用いて行う三次元造形物の製造方法の別の一実施例について説明する。  
図８は、形成装置２０００を用いて行う三次元造形物の製造過程の一例の一部を表す概略図である。なお、図８には、支持層３００及び溶融層３１０の厚みが分かりやすいように、Ｚ方向に複数の補助線が引いてある。  
ここで、図７で表される三次元造形物の製造方法は、溶融層３１０を形成する際、構成材料吐出部１２３０から構成材料を吐出させるとすぐにレーザー照射部１３００からレーザーＬを照射させて、構成材料を液滴毎に溶融させていた。一方、図８で表される三次元造形物の本製造方法は、１層分の溶融層３１０（詳細には、１層分の溶融層３１０に対応する支持層３００と１層分の溶融層３１０と）を形成した後に、該層全体にエネルギー照射部１３００から熱エネルギーを照射して、層毎に溶融させる例である。
【００６７】
最初に、図８（ａ）で表されるように、支持層形成用材料吐出部１７３０から支持層形成用材料を吐出させて、相対的に層厚の薄い第１層目の支持層３００を形成する。ここで、支持層３００は、該層における三次元造形物の形成領域（溶融層３１０に対応する領域）以外の領域に形成される。  
次に、図８（ｂ）で表されるように、支持層形成用材料吐出部１７３０から支持層形成用材料を吐出させて、相対的に層厚の薄い第２層目の層において、支持層３００を形成する。  
次に、図８（ｃ）で表されるように、支持層形成用材料吐出部１７３０から支持層形成用材料を吐出させて、相対的に層厚の薄い第３層目の層において、支持層３００を形成する。
【００６８】
そして、次に、図８（ｄ）で表されるように、構成材料吐出部１２３０から構成材料を吐出させて、三次元造形物の形成領域に対応する部分に、相対的に層厚の厚い、溶融層３１０を形成する。  
なお、図８（ｄ）で表されるように、構成材料吐出部１２３０から構成材料を吐出させて構成される溶融前の溶融層３１０の厚みＨ２は、支持層形成用材料吐出部１７３０から支持層形成用材料を吐出させて構成される３層分の支持層３００の厚みＨ１よりも厚くなっている。ここで、本実施例の形成方法では、溶融層３１０が支持層３００の３倍の厚さとなるように溶融層３１０及び支持層３００を形成しようとしている。  
ここで、次に、図８（ｅ）で表されるように、図８（ａ）から図８（ｄ）で表される工程により形成された層全体にレーザー照射部１３００からレーザーＬを照射させて、溶融層３１０を溶融させる。なお、この際、該レーザーＬの照射により、支持層３００は焼結される。そして、該層全体への該レーザーＬの照射により、溶融後の溶融層３１０の厚みＨ２’は、焼結後の支持層３００の厚みＨ１’と同等の厚みとなる。  
このように、図８（ａ）から図８（ｅ）で表される工程を繰り返すことにより、所望の三次元造形物を製造することができる。
【００６９】
次に、上述の本実施形態に係る形成装置２０００を用いて行う三次元造形物の製造方法のまた別の一実施例について説明する。  
図９は、形成装置２０００を用いて行う三次元造形物の製造過程の一例の一部を表す概略図である。なお、図９には、支持層３００及び溶融層３１０の厚みが分かりやすいように、Ｚ方向に複数の補助線が引いてある。  
ここで、図７及び図８で表される三次元造形物の製造方法は、溶融層３１０を形成する際、レーザー照射部１３００からレーザーＬを照射させて、構成材料を溶融させていた。一方、図９で表される三次元造形物の本製造方法は、レーザー照射部１３００からレーザーＬを照射させることなく三次元造形物の形状を形成した後に、形成装置２０００とは別体で設けられた不図示の恒温槽で加熱して三次元造形物を溶融させる例である。
【００７０】
図９（ａ）は、レーザー照射部１３００からレーザーＬを照射させないということ以外は、図８で表される三次元造形物の製造方法と同様の方法で形成された形成物を表している。ここで、溶融前の溶融層３１０が三次元造形物の形成領域に対応し、焼結前の支持層３００が三次元造形物の非形成領域に対応している。  
そして、図９（ｂ）は、不図示の恒温槽において図９（ａ）で表される形成物を加熱した状態を表している。図９（ｂ）で表されるように、三次元造形物の形成領域（溶融層３１０）が溶融されて三次元造形物の完成体Ｏが形成され、周りの支持層３００が焼結される。なお、恒温槽における加熱温度は、構成材料に含まれる金属粒子が溶融する温度以上であって、支持層形成用材料に含まれるセラミックス粒子が溶融せず焼結する温度に設定されている。
【００７１】
次に、上述の本実施形態に係る形成装置２０００を用いて行う三次元造形物の製造方法のまた別の一実施例について説明する。  
図１０は、形成装置２０００を用いて行う三次元造形物の製造過程の一例の一部を表す概略図である。なお、図１０には、支持層３００及び溶融層３１０の厚みが分かりやすいように、Ｚ方向に複数の補助線が引いてある。  
ここで、図７から図９で表される三次元造形物の製造方法は、支持層３００の１層分の厚みに比べて溶融層３１０の１層分の厚みは厚かった。一方、図１０で表される三次元造形物の本製造方法は、支持層３００の１層分の厚みと溶融層３１０の１層分の厚みとが同等である例である。ただし、構成材料の粘度が支持層形成用材料の粘度と比べて低く、構成材料の液滴のＸＹ平面の広がりが支持層形成用材料の液滴のＸＹ平面の広がりに比べて大きくなっている。このため、構成材料の液滴は支持層形成用材料の液滴よりも大きい。
【００７２】
最初に、図１０（ａ）で表されるように、支持層形成用材料吐出部１７３０から支持層形成用材料を吐出させて、第１層目の支持層３００を形成する。ここで、支持層３００は、該層における三次元造形物の形成領域（溶融層３１０に対応する領域）以外の領域に形成される。  
次に、図１０（ｂ）で表されるように、構成材料吐出部１２３０から構成材料を吐出させて、三次元造形物の形成領域に対応する部分に、溶融層３１０を形成する。なお、図１０（ｂ）は、構成材料の液滴の着弾直後の状態を表している。  
すると、図１０（ｃ）で表されるように、構成材料の液滴はＸＹ平面方向に広がる。ただし、構成材料の液滴は支持層形成用材料の液滴よりも大きいので、溶融層３１０の厚みＨ２は、支持層３００の厚みＨ１よりも厚くなっている。
【００７３】
そして、次に、図１０（ｄ）で表されるように、図１０（ａ）から図１０（ｃ）で表される工程により形成された層全体にレーザー照射部１３００からレーザーＬを照射させて、溶融層３１０を溶融させる。なお、この際、該レーザーＬの照射により、支持層３００は焼結される。そして、該層全体への該レーザーＬの照射により、溶融後の溶融層３１０の厚みＨ２’は、焼結後の支持層３００の厚みＨ１’と同等の厚みとなる。  
このように、図１０（ａ）から図１０（ｄ）で表される工程を繰り返すことにより、所望の三次元造形物を製造することができる。
【００７４】
次に、上述の本実施形態に係る形成装置２０００を用いて行う三次元造形物の製造方法のさらに別の一実施例について説明する。  
図１１は、形成装置２０００を用いて行う三次元造形物の製造過程の一例の一部を表す概略図である。なお、図１１には、支持層３００及び溶融層３１０の厚みが分かりやすいように、Ｚ方向に複数の補助線が引いてある。  
ここで、図１１で表される本実施例の三次元造形物の製造方法は、レーザー照射部１３００からレーザーＬを照射させることなく三次元造形物の形状を形成した後に、形成装置２０００とは別体で設けられた不図示の恒温槽で加熱して三次元造形物を溶融させる例であるとともに、支持層３００の１層分の厚みと溶融層３１０の１層分の厚みとが同等である例である。
【００７５】
図１１（ａ）は、レーザー照射部１３００からレーザーＬを照射させないということ以外は、図１０で表される三次元造形物の製造方法と同様の方法で形成された三次元造形物の形成物を表している。ここで、溶融前の溶融層３１０が三次元造形物の形成領域に対応し、焼結前の支持層３００が三次元造形物の非形成領域に対応している。  
そして、図１１（ｂ）は、不図示の恒温槽において図１１（ａ）で表される形成物を加熱した状態を表している。図１１（ｂ）で表されるように、三次元造形物の形成領域（溶融層３１０）が溶融されて三次元造形物の完成体Ｏが形成され、周りの支持層３００が焼結される。なお、恒温槽における加熱温度は、構成材料に含まれる金属粒子が溶融する温度以上であって、支持層形成用材料に含まれるセラミックス粒子が溶融せず焼結する温度に設定されている。
【００７６】
次に、上記形成装置２０００を用いて行う三次元造形物の製造方法の一例（図１１に対応する例）についてフローチャートを用いて説明する。  
ここで、図１２は、本実施例に係る三次元造形物の製造方法のフローチャートである。  
なお、本例は、図１１に対応する三次元造形物の製造方法の例であるが、後述するステップＳ１７０以外は、図７から図１０に対応する三次元造形物の製造方法も同様に実行可能である。
【００７７】
図１２で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、最初にステップＳ１１０で、三次元造形物のデータを取得する。詳細には、例えばパーソナルコンピューターにおいて実行されているアプリケーションプログラム等から、三次元造形物の形状を表すデータを取得する。
【００７８】
次に、ステップＳ１２０で、層毎のデータを作成する。詳細には、三次元造形物の形状を表すデータにおいて、Ｚ方向の造形解像度に従ってスライスし、断面毎にビットマップデータ（断面データ）を生成する。  
この際、生成されるビットマップデータは、三次元造形物の形成領域と三次元造形物の非形成領域とで区別されたデータになっている。別の表現をすると、支持層形成用材料吐出部１７３０から吐出される相対的にドット径が小さい液滴（小ドット）で構成される領域と、構成材料吐出部１２３０から吐出される相対的にドット径が大きい液滴（大ドット）で構成される領域とが、層毎に区別されるように形成されたデータになっている。  
なお、大ドットと小ドットの大きさの差に特に限定はないが、大ドットを小ドットの８倍以上とすることで、特に効果的に、迅速に高精度な三次元造形物を製造することが可能になる。
【００７９】
次に、ステップＳ１３０で、形成しようとする層のデータが、三次元造形物の非形成領域（支持層３００）を形成するデータか三次元造形物の形成領域（溶融層３１０）を形成するデータかを判断する。なお。この判断は制御ユニット４００に備えられた制御部により行われる。  
本ステップで、支持層３００を形成するデータと判断された場合はステップＳ１４０に進み、溶融層３１０を形成するデータと判断された場合はステップＳ１５０に進む。
【００８０】
ステップＳ１４０では、支持層３００を形成するデータに基づいて支持層形成用材料吐出部１７３０から支持層形成用材料を吐出することにより、小ドットで支持層形成用材料を供給する。  
一方、ステップＳ１５０では、構成材料吐出部１２３０から構成材料を吐出することにより、大ドットで構成材料を供給する。  
そして、ステップＳ１６０により、ステップＳ１２０において生成された各層に対応するビットマップデータに基づく三次元造形物の造形が終了するまで、ステップＳ１３０からステップＳ１６０までが繰り返される。
【００８１】
そして、ステップＳ１７０により、不図示の恒温槽において、上記ステップで形成した溶融前の三次元造形物を加熱する（エネルギーを付与する）ことで溶融する。詳細には、三次元造形物の形成領域（溶融層３１０）を溶融し、周りの支持層３００を焼結する。  
なお、図９に対応する三次元造形物の製造方法の例においても、同様に、本ステップを設けることができる。また、図７に対応する三次元造形物の製造方法の例においては、本ステップは、ステップＳ１５０の後に設けることができる。また、図８及び図１０に対応する三次元造形物の製造方法の例においては、ステップＳ１６０の前に１層分の溶融層３１０に対して構成材料を供給したか否かを判断するステップを設け、１層分の溶融層３１０に対して構成材料を供給したと判断された場合に、本ステップを実行可能に設けることができる。
【００８２】
そして、三次元造形物の造形が終了すると、ステップＳ１８０で、三次元造形物の現像を行い、本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。
【００８３】
上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、粒子を含む流動性組成物を液滴の状態で吐出部から吐出させて層を形成する層形成工程（ステップＳ１３０からステップＳ１７０）を有している。そして、層形成工程は、三次元造形物の構成領域に対応する構成層（溶融層３１０）を形成する構成層形成工程（ステップＳ１５０）と、溶融層３１０に接し該溶融層３１０を支持する支持層３００を形成する支持層形成工程（ステップＳ１４０）と、を含んでいる。そして、支持層形成工程で支持層３００を形成する際の少なくとも一部の液滴は、構成層形成工程で溶融層３１０を形成する際の少なくとも一部の液滴よりも小さい。  
このように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、溶融層３１０を形成する際の液滴よりも小さい液滴で支持層３００を形成する。すなわち、相対的に小さい液滴で三次元造形物の輪郭の形状を決定する支持層３００を形成し、相対的に大きい液滴で三次元造形物の内部を構成する溶融層３１０を形成する。このため、三次元造形物において高い精度で形成する必要のある輪郭の形状を決定する支持層３００を高い精度で形成することができるとともに、三次元造形物において高い精度で形成する必要のない内部を構成する溶融層３１０を迅速に形成できる。したがって、迅速に高精度な三次元造形物を製造することができる。
【００８４】
また、別の表現をすると、本実施形態の形成装置２０００は、粒子を含む流動性組成物を液滴の状態で吐出する吐出部（構成材料吐出部１２３０、支持層形成用材料吐出部１７３０）と、吐出部から液滴を吐出させて層を形成するよう制御する制御ユニット４００に備えられた制御部と、を有している。そして、制御部は、三次元造形物の構成領域に対応する構成層（溶融層３１０）と、溶融層３１０に接し該溶融層３１０を支持する支持層３００とを、支持層３００を形成する際の少なくとも一部の液滴が溶融層３１０を形成する際の少なくとも一部の液滴よりも小さくなるように形成するよう制御する。  
このように、本実施例の形成装置２０００は、溶融層３１０を形成する際の液滴よりも小さい液滴で支持層３００を形成する。すなわち、相対的に小さい液滴で三次元造形物の輪郭の形状を決定する支持層３００を形成し、相対的に大きい液滴で三次元造形物の内部を構成する溶融層３１０を形成する。このため、三次元造形物において高い精度で形成する必要のある輪郭の形状を決定する支持層３００を高い精度で形成することができるとともに、三次元造形物において高い精度で形成する必要のない内部を構成する溶融層３１０を迅速に形成できる。したがって、迅速に高精度な三次元造形物を製造することができる。
【００８５】
また、本実施例の三次元造形物の製造方法は、層形成工程は、吐出部として、異なる大きさの液滴を吐出する、第１吐出部（支持層形成用材料吐出部１７３０）及び第２吐出部（構成材料吐出部１２３０）を用いて実行されると表現できる。このため、簡単に、相対的に大きい液滴と相対的に小さい液滴とを吐出させることができる。  
なお、「異なる大きさの液滴を吐出する」とは、第１吐出部及び第２吐出部がともに１種類の大きさの液滴を吐出可能であり各々の液滴の大きさが異なるという場合のみを意味するのではない。例えば、第１吐出部及び第２吐出部の少なくとも一方が複数種類の大きさ（例えば第１吐出部が５０、１００、１５０ｐｌの液滴を吐出可能で、第２吐出部が５０、１５０、３００ｐｌの液滴を吐出可能な場合等）の液滴を吐出可能であり第１吐出部及び第２吐出部から吐出可能な液滴の大きさが一部同じ（例えば５０ｐｌ）となる場合も含む意味である。  
なお、支持層形成用材料吐出部１７３０及び構成材料吐出部１２３０と第１吐出部及び第２吐出部との対応関係は、逆であってもよい。
【００８６】
また、本実施例の三次元造形物の製造方法は、図１２におけるステップＳ１３０からステップＳ１６０までが繰り返されることで表されるように、層形成工程を積層方向に繰り返す積層工程を有する。このため、層を積層させることで、簡単に、三次元造形物を製造することができる。
【００８７】
また、本実施例の三次元造形物の製造方法の層形成工程は、ステップＳ１７０に相当する、粒子を結合する結合工程を有する。このため、頑丈な三次元造形物を製造することが可能になる。  
なお、「粒子を結合する」とは、例えば、本実施例のように粒子を溶融することや、粒子を焼結することなどが挙げられる。さらには、粒子を含む流動性組成物（構成材料）に熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂などを含有させ樹脂を硬化させることにより粒子を結合させてもよい。
【００８８】
また、本実施例の三次元造形物の製造方法の結合工程は、溶融層３１０、或いは、溶融層３１０及び支持層３００にエネルギーを付与して行われ、構成材料に含まれる溶融層３１０形成用粒子（金属粒子）におけるエネルギーの付与による結合力は、溶融による結合力であり、支持層３００を形成する流動性組成物に含まれる支持層３００形成用粒子（セラミックス粒子）におけるエネルギーを付与しない場合の結合力（図７で表される実施例に対応）や該支持層３００形成用粒子におけるエネルギーの付与による焼結による結合力（図８から図１１で表される実施例に対応）よりも強い。このため、相対的に強く溶融層３１０形成用粒子を結合でき、頑丈な三次元造形物を製造することが可能になる。  
なお、溶融層３１０形成用粒子の結合力が、支持層３００形成用粒子の結合力よりも強い例としては、この例に限定されない。例えば、溶融層３１０形成用粒子の結合力が焼結による結合力であり支持層３００形成用粒子の結合力が流動性組成物に含まれる成分による結着力にすぎない場合や、溶融層３１０形成用粒子の結合力が焼結による結合力であり支持層３００形成用粒子の結合力が硬化性樹脂の硬化による結合力である場合などが挙げられる。
【００８９】
また、本実施例の三次元造形物の製造方法の層形成工程は、支持層形成工程を複数回実行して支持層３００を複数層形成し、構成層形成工程を実行して該複数層に対応する領域に該複数層の厚みに対応する溶融層３１０を形成し、結合工程を実行して複数層に対応する構成層形成用粒子を結合することができる。すなわち、構成層形成工程の回数を減らすことができる。このため、特に迅速に、高精度な三次元造形物を製造することができる。
【００９０】
また、本実施例の三次元造形物の製造方法の層形成工程は、結合工程後において、溶融層３１０の厚みと該溶融層３１０と対応する支持層３００の厚みとが揃うように液滴の大きさが調整されている。このため、支持層３００と溶融層３１０との層厚が異なることに伴う層厚の調整などが不要になり、簡単に、高精度な三次元造形物を製造することができる。
【００９１】
また、図９及び図１１に対応する本実施例の三次元造形物の製造方法の結合工程は、溶融層３１０及び支持層３００を加熱することにより行われる。そして、該加熱温度は、溶融層３１０形成用粒子の融点以上であり、支持層３００形成用粒子の融点以下である。このため、支持層３００を溶融することなく溶融層３１０三次元造形物）を溶融できるので、完成した三次元造形物を支持層３００から簡単に取り外すことができる。
【００９２】
一方、結合工程における該加熱温度を、三次元造形物の構成層形成用粒子の焼結温度以上とし、支持層３００形成用粒子の焼結温度以下としてもよい。このようにすることでも、支持層３００を焼結することなく構成層（三次元造形物）を焼結できるので、完成した三次元造形物を支持層から簡単に取り外すことができる。
【００９３】
また、本実施形態の形成装置２０００において、支持層３００形成用粒子の粒径は、溶融層３１０形成用粒子の粒径よりも小さいものが使用されている。このため、三次元造形物において高い精度で形成する必要のある輪郭の形状を決定する支持層３００を相対的に小さい粒径の粒子により高い精度で形成することができる。したがって、特に高精度な三次元造形物を製造することができる。
【００９４】
また、溶融層３１０形成用粒子及び支持層３００形成用粒子としては、金属粒子、セラミックス粒子、樹脂粒子など特に限定はないが、支持層３１０形成用粒子はシリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコンの少なくともいずれか１つの成分を含む粒子であり、溶融層３１０形成用粒子はアルミ、チタン、鉄、銅、マグネシウム、ステンレス鋼、マルエージング鋼の少なくともいずれか１つの成分を含む粒子であることが好ましい。エネルギー付与工程により、構成材料粒子を溶融し、支持部材形成粒子を低い焼結密度とするように容易にコントロールすることができる。あるいは、構成材料粒子を焼結し、支持部材形成粒子を焼結しないように容易にコントロールすることができる。これにより三次元造形物の強度を確保しつつ、三次元造形物を取り外す際の分離作業や取り外した後の成形作業などの負荷が大きくなるということを抑制できるためである。
【００９５】
本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００９６】
５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅ、５０ｆ、５０ｇ及び５０ｈ溶融部、
１１０  基台、１１１  駆動装置、１２０  ステージ（支持体）、
１２１  試料プレート、１３０  ヘッドベース支持部、
３００  支持層、３１０  溶融層（構成層）、４００  制御ユニット（制御部）、
４１０  ステージコントローラー、４３０  レーザーコントローラー、
５００  三次元造形物、５０１、５０２及び５０３  層、
７３０  ヘッドベース支持部、１１００  ヘッドベース、
１２００  構成材料供給装置、１２１０  構成材料供給ユニット、
１２１０ａ  構成材料収容部、１２２０  供給チューブ、
１２３０  構成材料吐出部（吐出部、第２吐出部）、１２３０ａ  吐出ノズル、
１２３０ｂ  吐出駆動部、１３００  エネルギー照射部（レーザー照射部）、
１４００、１４０１、１４０２、１４０３、１４０４、１４０５、１４０６、１４０７及び１４０８  ヘッドユニット、
１４００ａ  保持治具、１５００  材料供給コントローラー、
１６００  ヘッドベース、１７００  支持層形成用材料供給装置、
１７１０  支持層形成用材料供給ユニット、１７１０ａ  支持層形成用材料収容部、
１７２０  供給チューブ、
１７３０  支持層形成用材料吐出部（吐出部、第１吐出部）、
１７３０ａ  吐出ノズル、１７３０ｂ  吐出駆動部、１９００、  ヘッドユニット、
１９００ａ  保持治具、２０００  形成装置（三次元造形物の製造装置）、
３０００  ガルバノミラー、３１００  レーザー照射部、Ｌ  レーザー、
Ｍ  材料（構成材料）、Ｏ  三次元造形物の完成体
【図１】
2017075369.tif 000003
【図２】
2017075369.tif 000004
【図３】
2017075369.tif 000005
【図４】
2017075369.tif 000006
【図５】
2017075369.tif 000007
【図６】
2017075369.tif 000008
【図７】
2017075369.tif 000009
【図８】
2017075369.tif 000010
【図９】
2017075369.tif 000011
【図１０】
2017075369.tif 000012
【図１１】
2017075369.tif 000013
【図１２】
2017075369.tif 000014