(57)【要約】【課題】ＡＭ技術で作製された立体物の製造時間を短縮することを可能にする造形材を提供する。【解決手段】熱可塑性樹脂と、水と接触することにより体積膨張する崩壊剤と、を有することを特徴とする、造形材。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂と、水と接触することにより体積膨張する崩壊剤と、を有することを特徴とする、造形材。
【請求項２】
前記熱可塑性樹脂と、前記崩壊剤と、を有する粒子状物質であることを特徴とする、請求項１に記載の造形材。
【請求項３】
前記熱可塑性樹脂が、水溶性樹脂であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の造形材。
【請求項４】
前記崩壊剤が、複数のセルロース分子を含むセルロース誘導体であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の造形材。
【請求項５】
サポート材として使用されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の造形材。
【請求項６】
前記崩壊剤の含有量が、前記造形材全体に対して１０重量％以上９０重量％以下であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の造形材。
【請求項７】
少なくとも構造体を有する造形物であって、
前記構造体が請求項１乃至４のいずれか一項に記載の造形材で構成されることを特徴とする、造形物。
【請求項８】
構造体とサポート体とを有する造形物であって、
前記サポート体が請求項５又は６に記載の造形材で構成されることを特徴とする、造形物。
【請求項９】
前記構造体が、水溶性の熱可塑性樹脂で構成されることを特徴とする、請求項８に記載の造形物。
【請求項１０】
少なくとも構造材粒子を配置して材料層を形成する材料層形成工程と、
前記材料層を積層して造形物を形成する造形物形成工程と、を有し、
前記構造材粒子が、熱可塑性樹脂と、水と接触することにより体積膨張する崩壊剤と、を有することを特徴とする、立体物の製造方法。
【請求項１１】
前記造形物形成工程が、前記材料層に熱エネルギーを与えて前記材料層に含まれる構造材粒子を融着する加熱融着工程を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の立体物の製造方法。
【請求項１２】
前記材料層形成工程が、像担持体に形成された静電潜像を前記構造材粒子で現像して粒子像を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の立体物の製造方法。
【請求項１３】
非水溶性の構造材粒子と、サポート材粒子と、を配置して材料層を形成する材料層形成工程と、
前記材料層を積層して造形物を形成する造形物形成工程と、
前記造形物の前記サポート材粒子で構成されている部分を、水に接触させて除去する除去工程と、を有し、
前記サポート材粒子が、熱可塑性樹脂と、水と接触することにより体積膨張する崩壊剤と、を有することを特徴とする、立体物の製造方法。
【請求項１４】
前記造形物形成工程が、前記材料層に熱エネルギーを与えて前記材料層に含まれる構造材粒子及びサポート材粒子を融着する加熱融着工程を含むことを特徴とする、請求項１３に記載の立体物の製造方法。
【請求項１５】
前記材料層形成工程が、像担持体に形成された静電潜像を前記構造材粒子及び前記サポート材粒子で現像して粒子像を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の立体物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形材、造形物、及び立体物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アディティブマニファクチャリング（ＡＭ）技術と呼ばれる立体造形技術は、従来から広く使われていた造形技術とは異なり、金型を必要とせずに、コンピュータでモデル化した立体物を作製することができる、という特徴がある。
ＡＭ技術は、空洞や庇状の部分が存在する立体物を製造する場合、その部分の造形を補助する材料、即ち、サポート材が必要となるが、このサポート材は最終的には除去する必要がある。ここで、造形目的の立体物を構成する材料を構造材と呼び、サポート材、造形材を区別する必要のない場合は、これらをまとめて造形材と呼ぶ。また、造形装置によって作製される、構造材とサポート材とから構成されたものを造形物と呼ぶが、サポート材が不要な立体物を作製する場合は、構造体と造形物とが一致する。
造形物からサポート材を除去する方法として、機械的除去法（特許文献１）やサポート材を溶媒に溶解させて除去する溶解除去法（特許文献２）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１０−５２１３３９号公報
【特許文献２】特開２０１２−１１１２２６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、機械的除去法には、手作業によってサポート材を除去する必要があるため、除去に人手と時間がかかるという問題がある。また溶解除去法には、サポート材からなる部分が溶媒との接触部分から徐々に溶解するため、除去に時間がかかるという問題がある。
このように、いずれの方法においても造形物に含まれるサポート材を除去するのに相当の時間を要していた。本発明は、上述した課題を解決するためになされるものであり、その目的は、ＡＭ技術において、造形目的である立体物の製造時間を短縮することを可能にする造形材及びそれを用いた立体物の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の造形材は、熱可塑性樹脂と、水と接触することにより体積膨張する崩壊剤と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ＡＭ技術にて造形目的である立体物を製造するのに必要な製造時間を短縮することを可能にする造形材及びそれを用いた立体物の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第一の実施形態で用いられる立体造形装置の構成の例を示す模式図である。
【図２】第二の実施形態で用いられる立体造形装置の構成の例を示す模式図である。
【図３】水に造形物を浸漬する方法の具体例を説明する図である。
【図４】実施例１で作製した立体物を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を適宜参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また本発明においては、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下に説明する実施形態に対して適宜変更、改良等が加えられたものについても本発明に含まれる。
【０００９】
［造形材］
本発明の造形材は、熱可塑性樹脂と、水と接触することにより体積膨張する崩壊剤と、を有する。本発明において、造形材は、三次元造形技術で造形物を製造する際に用いられる造形材料である。造形材料は、目的とする造形物やこの造形物を加工して得られる立体物を構成する構造材と、構造材料の積層を支持するサポート材とに分類される。サポート材で構成されているサポート部は、構造材料の存在しない領域の上に積層される構造材料を支える部分であり、最終的には除去される部分である。本発明の造形材は、構造材として使用してもよいし、サポート材として使用してもよい。
また本発明の造形材は固形状物質であるが、その形状として、例えば、粒子状、ペレット状、ロッド状、フィラメント状等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。尚、本発明の造形材が粒子状物質である場合、シート積層法による三次元造形技術で利用することができる。
【００１０】
本発明の造形材が粒子状物質である場合、その粒径は、１μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上８０μｍ以下がより好ましい。粒径が１μｍよりも小さいと、積層速度を高める目的で一回分の積層膜厚を厚くする場合に、粒子を複数層積み重ねた粒子層を形成する必要があり、粒子層の制御が困難になることがある。一方、粒径が１００μｍよりも大きいと積層精度が悪化する傾向にある。尚、上述した好ましい粒径の範囲は、本発明の造形材となる粒子を構造材粒子として使用する場合でもサポート材粒子として使用する場合でも適用することができる。
【００１１】
本発明の造形材を、熱によって造形材を融着するシート積層法によるＡＭ技術で利用する場合、本発明の造形材を構造材として利用する場合でもサポート材として利用する場合でも、当該造形材の構成材料の一つとして熱可塑性樹脂を含ませる必要がある。尚、ここでいう「熱可塑性」とは、常温では変形しにくいが、材料に応じた温度で加熱すると塑性を示して自由な変形が可能となり、また冷却すると再び固くなる特性をいう。
本発明において、造形材の構成材料の一つである熱可塑性樹脂としては、一般に有機ポリマー材料として使用される非水溶性の熱可塑性樹脂だけでなく、水溶性の熱可塑性樹脂も含まれる。また本発明の造形材の構成材料として使用される熱可塑性樹脂の分子量は、特に限定されず、１万以上の高分子量であってもよいし、オリゴマーとして定義される１万未満の分子量であってもよい。
非水溶性の熱可塑性樹脂としては、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＭＭＡ（アクリル）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＡ（ナイロン／ポリアミド）、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、エラストマー等が挙げられる。ただし、本発明においてはこれらに限定されるものではない。
水溶性の熱可塑性樹脂（以下、水溶性樹脂ということがある。）として、具体的には、自然界に広く存在する糖質（例えば、グルコース、キシロース、フラクトース等の単糖、スクロース、ラクトース、マルトース、トレハロース、イソマルツロース（パラチノース（登録商標））等の二糖、メレジトース、マルトトリオース、スタキオース、ニゲロトリオース、ラフィノース、ケストース等の四糖、イソマルトオリゴ糖、フラクトオリゴ糖、キシロオリゴ糖、大豆オリゴ糖、ガラクトオリゴ糖、ニゲロオリゴ糖、乳果オリゴ糖等のオリゴ糖、ポリデキストロース、イヌリン等の食物繊維、キシリトール、ソルビトール、マンニトール、マルチトール、ラクチトール、オリゴ糖アルコール、エリスリトール等の糖アルコール等）、ポリビニルアルコール等のポリオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリエーテル等が挙げられる。
尚、本発明においては、上述した非水溶性の熱可塑性樹脂と、水溶性の熱可塑性樹脂とを混合した混合材料を造形材の構成材料として使用することができる。
【００１２】
本発明において、造形材を構成する材料の一つである崩壊剤は、水と接触により体積膨張（膨潤)し、水溶性の熱可塑性樹脂からなる部分に亀裂を生じさせる。この亀裂から水が浸みこむことにより、水溶性の熱可塑性樹脂からなる部分の溶解が促進され、造形材からなる部分全体が崩壊する。従って、本発明の造形材をサポート材として用いた場合、崩壊剤は、サポート材からなるサポート部の形体を崩壊させ、構造体からの分離を促進させる役割を担う。
ここでいう膨潤とは、固体の膨潤をいい、具体的には、当該固体が液体に浸されたときに当該固体が大量の液体を吸収して自身の体積を顕著に増大させる現象をいう。当該固体が膨潤する度合い（膨潤度）は、当該固体における形状の崩壊しやすさ（崩壊性）の指標となる。このとき膨潤度が高いほど当該固体の崩壊性が高くなるが、具体的には、水を吸収したときの自身の膨潤度が１０％以上となる当該固体が好ましい。膨潤度が１０％に満たないと、本発明の造形材をサポート材として使用したときにサポート材の除去を促進させる効果が明確に現われないことがある。
崩壊剤となる材料として、具体的には、デンプングリコール酸ナトリウムやカルボキシメチルセルロースカルシウム、架橋カルボキシメチルセルロースナトリウム、カルボキシメチルスターチナトリウム等のセルロース系誘導体の塩、アルギン酸誘導体等の天然物誘導体や、クロスポビドン（架橋ポリビニルピロリドン）、酢酸ビニル−ビニルピロリドン共重合体等の合成高分子誘導体等が挙げられる。これら材料の中でも、好ましくは、セルロース誘導体である。ここでいうセルロース誘導体には、変性されていないセルロースも所定の置換基の導入によって変性されたセルソースも含まれる。また変性されたセルロースには、上述したセルロース系誘導体の塩が含まれる。
尚、ここでいうセルロースとは、複数の繊維状のセルロース分子が複雑に絡み合った状態のものをいう。複数の繊維状のセルロース分子が複雑に絡み合うことにより、親水性のセルロース分子同士が絡み合った集合体中に親水性の液体分子を保持することができ、体積が膨潤する性質を発現することができる。それに対し、「Ｉｓｏｇａｉ，Ａｋｉｒａ．；Ｓａｉｔｏ，Ｔｓｕｇｕｙｕｋｉ．；Ｆｕｋｕｚｕｍｉ  Ｈａｙａｔａ．Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  ２０１１，３，ｐ７１−８５．」に開示されている特殊な方法により単分子レベルで分散したセルロース（いわゆるセルロースナノファイバー）は、崩壊剤には適さない。セルロースナノファイバーの場合、親水性の液体との相互作用を示すが、予め分子レベルまで分散されているため、親水性の液体とはゲルを形成することはあっても、体積膨張するまでには至らないからである。
【００１３】
本発明の造形材をサポート材として使用する場合、造形材（サポート材）に含まれる崩壊剤の含有量は、好ましくは、造形材（サポート材）全体に対して１０重量％以上９０重量％以下である。崩壊剤の含有量が造形材（サポート材）全体に対して１０重量％未満であると、崩壊剤を含ませることによるサポート材の除去を促進させる効果が明確に現われないことがある。一方、崩壊剤の含有量が造形材（サポート材）全体に対して９０重量％を超えると、サポート材の成型性に支障が生じることがある。本発明において、造形材（サポート材）に含まれる崩壊剤の含有量は、より好ましくは、造形材（サポート材）全体に対して１５重量％以上４５重量％以下である。
【００１４】
［造形物］
本発明の造形物は、少なくとも構造材で構成される構造体を有している。本発明の造形物に含まれる構造材としては、本発明の造形材が挙げられるが、これに限定されるものではない。ただし、本発明の造形物が構造材のみで構成される場合、当該構造材は本発明の造形材を含んでいる。また、本発明の造形物が構造材のみで構成される場合、本発明の造形物は、三次元造形技術の完成品である立体物として取り扱うことができる。
本発明の造形物に含まれる構造材以外の材料として、例えば、サポート材がある。本発明の造形物に構造材とサポート材とが含まれる場合、本発明の造形材は、主にサポート材として使用される。また係る場合、構造材としては、熱可塑性樹脂、金属材料等を使用することができる。構造材は、好ましくは、熱可塑性樹脂を有している。ここでいう「有している」とは、構造材自体が上記熱可塑性樹脂である態様に限られず、構造材の一部が上記熱可塑性樹脂であって上記熱可塑性樹脂以外の材料（金属材料等）が構造材に含まれる態様も含まれる。尚、本発明の造形物に構造体とサポート体とが含まれる場合、造形物からサポート体を除去することにより、構造材で構成される立体物が得られる。係る場合におけるサポート材の具体的な除去方法については、後述する。
【００１５】
［立体物の製造方法］
次に、積層造形法による、本発明の立体物の製造方法の例について説明する。
【００１６】
（１）第一の実施形態
本発明の立体物の製造方法における第一の実施形態は、次の［１ａ］及び［２ａ］の工程を有する製造方法である。
［１ａ］少なくとも構造材粒子を配置して材料層を形成する材料層形成工程
［２ａ］材料層を積層して造形物を形成する造形物形成工程
本実施形態は、例えば、構造材粒子（粒子状の構造材）のみを用いて造形物を製造するプロセスである。ここで本実施形態のプロセスに従って、構造材粒子（粒子状の構造材）のみから造形物を製造すると、製造された造形物はそのまま目的の立体物になる。
【００１７】
また本実施形態は、シート積層法を利用した製造プロセスである。具体的には、工程［１ａ］と工程［２ａ］とを繰り返し、必要数の材料層を積層することで造形物を得ることができる。
以下、各工程について詳しく説明する。
【００１８】
［０ａ］構造材粒子
本実施形態において使用される構造材粒子は、熱可塑性樹脂と、水と接触することにより膨張し崩壊する崩壊剤と、を有している。本発明において、本実施形態で使用される構造材粒子を得る方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、以下に説明する方法がある。
具体的には、熱可塑性樹脂と崩壊剤とを溶融混練して固形物を得、得られた固形物を粉砕することで粒子を得る方法（混練粉砕法）がある。この方法によれば、構造材として用いることができる粒子状物質を安価に製造することが可能である。その他の方法として、機械粉砕法や、溶融状態で媒体中に分散させ冷却することで粒子状物質を得る溶融分散冷却法等が挙げられる。本発明においては、構造材粒子に上記崩壊剤が含まれるため、好ましくは、水を用いない乾式の造粒法、例えば、上述した混練粉砕法を用いる。
【００１９】
［１ａ］材料層形成工程
本工程は、目的とする立体物の断面データに応じて、少なくとも構造材粒子を配置する工程である。
材料層を形成する際は、構造材粒子等の造形材粒子を点で描画して材料層を形成してもよいし、線又は面で描画して材料層を形成してもよい。造形速度の観点から線又は面で描画する方法が好ましい。線又は面で描画して材料層を形成する方法としては、電子写真方式や、特開２０１４−１３３４１４号公報に示されるインクジェット方式を用いる方法等が挙げられる。また線又は面で描画する材料層を形成する際には、帯電による静電的作用を利用した材料層の形成方法等の公知の方法も用いることができる。
【００２０】
以下、図面を参照しながら、本工程の一例となる、電子写真方式による材料層の形成工程を説明する。図１は、本実施形態（第一の実施形態）で用いられる立体造形装置の構成の例を示す模式図である。上述したように、図１は、電子写真方式を用いた立体造形装置の構成を模式的に示す図である。
本実施形態に係る図１の立体造形装置１０ａ（以下、「装置１０ａ」と称する）は、現像装置１１と、像担持体１２と、露光装置１３と、中間担持搬送ベルト１４と、ステージ１５と、温度制御手段１６と、を有する。本実施形態の製造プロセスによって立体物となり得る造形物を製造する場合、本工程（材料層形成工程）において、まず構造材粒子による粒子像を像担持体１２上に形成する。そして、形成した粒子像を中間担持搬送ベルト１４の上へ転写して、構造材粒子によって構成される材料層を形成する。
【００２１】
以下、本実施形態における材料層の形成工程について詳細に説明する。まず、像担持体１２の表面を帯電装置（不図示）で一様に帯電させる。尚、帯電の方法については特に限定はされない。
次に、露光装置１３を用いて、作製する立体物のスライスデータ（断面データ）に従って、帯電した像担持体１２を露光し、像担持体１２の表面上に静電潜像を形成する。具体的には、作製する造形物（立体物）のスライスデータにおける構造部領域の静電潜像を像担持体１２に形成する。
続いて、現像装置１１から構造材粒子１を像担持体１２に供給する。これにより、像担持体１２の表面上の静電潜像が形成された領域、または静電潜像が形成されなかった領域のいずれかに配置される。これにより、静電潜像を可視化し、像担持体１２の表面上には構造材粒子１による粒子像を形成することができる。即ち、本工程（材料層形成工程）は、少なくとも像担持体に形成された静電潜像を構造材粒子１で現像して粒子像を形成する工程を含んでいる。
その後、少なくとも像担持体１２に配置された構造材粒子１で構成される粒子像を、中間担持搬送ベルト１４上へと所定のタイミングで転写する。これにより、構造材粒子１による粒子像からなる材料層を形成することができる。即ち、構造材粒子１が配置されてなる第１の層が転写された転写体に、他方の粒子が配置されてなる第２の層を転写することで、材料層が形成される。転写体に転写する際には、静電エネルギーを利用した静電転写等、公知の転写方法が使用可能である。
【００２２】
［２ａ］造形物形成工程（積層工程）
本工程は、前工程で形成された材料層を繰り返し積層して、造形物を形成する工程である。材料層の積層は、別体として形成した材料層を、先に形成した材料層の表面に積層してもよいし、先に形成した材料層の表面上に、新たな材料層を直接形成して積層してもよい。また、別体として形成した材料層を先に形成した材料層の表面に積層する際は、一旦基材の上に材料層を形成した後に、先に形成した材料層の表面に転写してもよい。この際に用いる基材を、転写体と呼ぶ。材料層を転写体に転写する際には、静電エネルギーを利用した静電転写など、公知の転写方法が使用可能である。
【００２３】
以下、本工程の一例を、図１を用いて説明する。尚、前工程（材料層形成工程）の方式は特に限定はされないが、ここでは上述の電子写真方式で行うものとして説明をする。
中間担持搬送ベルト１４に形成された材料層は、中間担持搬送ベルト１４の回転によって積層位置まで移動される。材料層が積層位置まで移動されると、温度制御手段１６により加熱されて材料層を構成する粒子を互いに融着させる。そして、ステージ１５の上面またはステージ１５上の製造途中の造形物上に転写され、積層される。この際、材料層を構成する構造材粒子からなる領域が積層されて立体物を構成する部分（構造部１７）が形成される。即ち、本実施形態に係る造形物（立体物）の製造方法における積層工程は、材料層に熱エネルギーを与えて材料層中の構造材粒子を融着させる加熱融着工程を含んでいる。
材料層を加熱し、材料層を構成する粒子を互いに融着させるタイミングは、特に限定はなく、積層の前、積層と同時、積層の後のいずれで行ってもよいし、それらのうちの複数のタイミングで行っても良い。
また本実施形態において、加熱融着工程では、材料層中の構造材粒子は、温度制御手段１６によって加熱され、加熱された構造材粒子はほぼ同じ温度に温度制御される。このとき温度制御手段１６は、構造材粒子が軟化する温度で加熱を行うことが好ましい。
【００２４】
［３ａ］造形物（立体物）
以上の工程で造形物が得られる。ここで構造材粒子のみを用いて以上の工程で造形物を得た場合、得られた造形物にもよるが、当該造形物を後の工程で加工することなくそのまま目的の立体物として用いることができる。また当該造形物を後の工程で加工する場合、当該造形物の具体的な加工方法として、例えば、研磨等の表面加工等が挙げられる。
【００２５】
（２）第二の実施形態
本発明の立体物の製造方法における第二の実施形態は、次の［１ｂ］乃至［３ｂ］の工程を有する製造方法である。
［１ｂ］非水溶性の構造材粒子と、サポート材粒子と、を配置して材料層を形成する材料層形成工程
［２ｂ］材料層を積層して造形物を形成する造形物形成工程
［３ｂ］造形物の前記サポート材粒子で構成されている部分を、水に接触させて除去する除去工程
本発明の造形材をサポート材として目的の立体物を作製する場合は、工程［３ｂ］（除去工程）が必須となる点が第一の実施形態と相違するが、それ以外の点については、第一の実施形態にて示されたプロセスを利用することができる。以下、各工程について、第一の実施形態との相違点を中心に詳しく説明する。
【００２６】
［０ｂ］サポート材粒子
本実施形態において使用されるサポート材粒子は、第一の実施形態にて構造材粒子として用いられる粒子状物質と同様に、熱可塑性樹脂と、水と接触することにより膨張し崩壊する崩壊剤と、を有している。このため、第一の実施形態にて示されている粒子状物質である構造材の製造方法と同様の方法により、サポート材粒子を製造することができる。尚、本実施形態において使用される構造材粒子の製造方法は、構造材となる材料を粒子状にする際に従来から用いられている方法を採用することができる。
【００２７】
［１ｂ］材料層形成工程
本工程は、目的とする立体物の断面データに応じて、構造材粒子とサポート材粒子とを配置する工程である。
第一の実施形態にて説明したように、材料層を形成する際には、帯電による静電的作用を利用した材料層の形成方法等の公知の方法を用いることができる。本実施形態のように、複数種類の造形材粒子（構造材粒子、サポート材粒子）を含む材料層を形成する際には、種類の異なる造形材粒子の配置精度が高いという観点から、静電力を利用した電子写真方式が好ましい。
図２は、本実施形態（第二の実施形態）で用いられる立体造形装置の構成の例を示す模式図である。以下、図２を参照しながら、本工程を説明する。尚、図２の立体造形装置１０ｂにおいて、図１の立体造形装置１０ａと共通する部材については、同じ符号が付されることがある。
図２の立体造形装置１０ｂ（以下、「装置１０ｂ」と称する）は、構造材粒子１ａによる粒子像を形成するための像担持体１２ａの他に、サポート材粒子１ｂによる粒子像を形成するための像担持体１２ｂを有している。これを除いては図１の立体造形装置１０ａと部材が共通する。本実施形態において、本工程では、まず、構造材粒子による粒子像を像担持体１２ａ上に、サポート材粒子による粒子像を像担持体１２ｂ上に、それぞれ形成する。そして、これらの粒子像を中間担持搬送ベルト１４の上へ転写して、構造材粒子及びサポート材粒子によって構成される材料層を形成する。
【００２８】
以下、材料層の形成工程について詳細に説明するが、各粒子像の形成について共通する説明の中では構成部材の参照符号の添え字ａ、ｂを省略し、現像装置１１、像担持体１２等と記載する。
まず、像担持体１２の表面を帯電装置（不図示）で一様に帯電させる。帯電の方法については特に限定はされない。
次に、露光装置１３を用いて、作製する立体物のスライスデータ（断面データ）に従って、帯電した像担持体１２を露光し、像担持体１２の表面上に静電潜像を形成する。具体的には、作製する立体物のスライスデータにおける構造部領域の静電潜像を像担持体１２ａに、サポート部領域の静電潜像を像担持体１２ｂに形成する。
続いて、現像装置１１から造形材粒子を像担持体１２に供給する。これにより、像担持体１２の表面上の静電潜像が形成された領域、又は静電潜像が形成されなかった領域のいずれかに配置される。これにより、静電潜像を可視化し、像担持体１２ａの表面上には構造材粒子１ａによる粒子像を形成し、像担持体１２ｂの表面上にはサポート材粒子１ｂによる粒子像を形成することができる。即ち、本実施形態において、本工程は、像担持体に形成された静電潜像を構造材粒子１ａ及びサポート材粒子１ｂで現像して粒子像を形成する工程を含んでいる。
その後、像担持体（１２ａ、１２ｂ）に各々配置された各粒子像を、中間担持搬送ベルト１４上へと所定のタイミングで転写する。これにより、構造材粒子１ａによる粒子像と、サポート材粒子１ｂによる粒子像と、からなる材料層を形成することができる。即ち、構造材粒子１ａ及びサポート材粒子１ｂのいずれか一方が配置されてなる第１の層が転写された転写体に、他方の粒子が配置されてなる第２の層を転写して、材料層を形成する。転写体に転写する際には、静電エネルギーを利用した静電転写等の公知の転写方法が使用可能である。尚、粒子像を中間担持搬送ベルト１４へと転写する順番は特に限定はされず、構造材粒子１ａからなる粒子像を転写した後にサポート材粒子１ｂからなる粒子像を転写してもよいし、その逆の順番で転写してもよい。
【００２９】
［２］造形物形成工程（積層工程）
本工程は、前工程で形成された材料層を繰り返し積層して、造形物を形成する工程である。以下、本工程の一例を、図２を用いて説明する。尚、本発明において、前工程の方式は特に限定はされないが、ここでは上述の電子写真方式で行うものとして説明をする。
中間担持搬送ベルト１４に形成された材料層は、中間担持搬送ベルト１４の回転によって積層位置まで移動される。材料層が積層位置まで移動されると、温度制御手段１６により加熱されて材料層を構成する粒子を互いに融着させる。そして、ステージ１５の上面またはステージ１５上の製造途中の造形物上に転写され、積層される。この際、材料層のうち構造材粒子からなる領域が積層されて立体物を構成する部分（構造部１７ａ）が形成され、サポート材粒子からなる領域が積層されてサポート部１７ｂが形成される。即ち、本実施形態に係る立体物の製造方法において、本工程は、材料層に熱エネルギーを与えて材料層中の造形材粒子（構造材粒子１ａ、サポート材粒子１ｂ）をそれぞれ融着させる加熱融着工程を含んでいる。
また本実施形態において、加熱融着工程では、材料層中の構造材粒子とサポート材粒子は共に、温度制御手段１６によって加熱され、これらの粒子はほぼ同じ温度に温度制御される。このとき温度制御手段１６は、構造材粒子及びサポート材粒子がともに軟化する温度で加熱を行うことが好ましい。従って、構造材粒子とサポート材粒子の軟化温度が異なる場合は、温度制御手段１６はいずれか高い方の温度以上の温度で加熱を行うことが好ましい。
【００３０】
［３ｂ］除去工程
本工程は、造形物のうち、サポート材粒子からなる部分（サポート部）を除去する工程である。尚、サポート部の除去は造形物を水に接触させることで行う。本実施形態ではサポート部を構成するサポート材粒子１ｂには、上述した崩壊剤が含まれている。ここでサポート部が水と接触すると、サポート部に含まれる崩壊剤が水を吸収して膨潤・膨張する。このように崩壊剤が膨潤・膨張すると、崩壊剤の形態が変形する。これにより、崩壊剤により多くの水が入り込むことになり、その結果、崩壊剤が崩壊する。以上説明した崩壊剤の膨潤（膨張）及び崩壊により、崩壊剤を有するサポート部は変形し、ついには造形物から脱離することとなる。
【００３１】
また本実施形態において、サポート部を構成するサポート粒子には、熱可塑性樹脂が含まれている。ここでこの熱可塑性樹脂が水溶性樹脂である場合、この水溶性樹脂と水との接触により水溶性樹脂が溶解し、サポート部の除去がより容易になるため、好ましい。ただし、サポート材が水溶性樹脂のみで構成されると、特に、構造が複雑な立体物を作製する際に、造形物からサポート部を除去するのに時間がかかる場合がある。具体的には、造形物の奥深くまでサポート部が存在する場合、このサポート部の奥まで水を浸透させてこのサポート部を除去するのに要する時間が長くなる場合がある。また水とサポート部との接触の際にサポート部に含まれる水溶性樹脂が水を取り込んでゲル状物質を生成することがある。このゲル状物質は、水によるサポート部の除去の妨げとなり、サポート部を除去するのに要する時間を長くする原因の１つとなり得る。一方、本発明のように、サポート材に上述した崩壊剤が含まれていると、水との接触による崩壊剤の膨潤及び崩壊により、サポート部の内部にサポート部を構成する水溶性樹脂を溶解させるのに必要な水を取り込むための空間を形成させることができる。これにより、水溶性樹脂を溶解させるのに必要な水を速くかつ大量にサポート材の奥まで流入させることができるので、結果として、本工程（除去工程）に要する時間を従来と比較して短縮させることができる。
【００３２】
尚、本工程は、サポート部を水と接触させてサポート部を除去することができれば、その具体的方法については特に限定はされない。そのような方法としては、例えば、造形物を水中に浸漬する方法が挙げられる。尚、サポート部の除去に用いる溶媒は、水に限定されるものではなく、水の他に構造材に与える影響が小さい材料を含んでいてもよい。
図３は、水に造形物を浸漬する方法の具体例を説明する図である。また図３は、造形物１７からサポート部１７ｂを除去する除去装置の構成を示す模式図でもある。図３の除去装置３は、造形物１７を載置する台座２１と、マグネティックスターラー本体２２と、マグネティックスターラー攪拌子２３と、を有する。
【００３３】
マグネティックスターラー本体２２によって、マグネティックスターラー攪拌子２３が回転し、除去装置の容器２４内に充填された水２５を撹拌する。造形物１７のサポート部１７ｂは、崩壊剤を有するため、水２５と接触することによって崩壊剤が崩壊する。そして崩壊剤の崩壊により、サポート部１７ｂは造形材１７から脱離し除去される。台座２１のステージ部分２１ａは、造形物１７に対して水流が万遍なくあたるように、網状にすることが好ましい。また除去工程においては、造形物１７からのサポート部１７ｂの除去を高速化する目的で、水２５の温度制御（加熱等）や、水２５に対して超音波振動を加える等を行ってもよい。尚、造形物１７を単に水２５に浸漬させて静置し、一定時間放置しても、サポート部１７ｂを除去することができる。
【００３４】
図３の除去装置３で使用される水２５の温度は、特に限定されないが、加温した状態の方が溶解速度が上昇し、サポート部１７ｂをより速く除去させることが可能になる。この水２５の温度は、６０℃乃至８０℃程度が好ましいが、構造材の耐熱温度によって上限温度を適宜調節する。例えば、構造材料がＡＢＳ及びＰＰの場合、１００℃まで温度を上げると立体物が熱によって変形してしまう可能性がある為、構造材の荷重たわみ温度以下に水温を抑えることが好ましい。
【００３５】
また、超音波振動は、目的とする立体物の形状によって出力を調整することが好ましい。細かい造形が多い場合は、出力を下げて印加しないと、造形部分を超音波によって破損する場合がある為、立体物が破損しない程度に出力を抑えることが好ましい。
【００３６】
また、サポート部１７ｂをさらに迅速に除去する場合には、水２５をスプレー等のノズル（不図示）から噴射し、造形物１７に吹き付けてもよい。その場合は、構造部１７ａが破損しない程度の水圧又は流速で、水２５を吹き付けることが好ましい。造形物１７に均一に水２５を吹き付けるために、複数のノズルを用いたり、ノズルを造形物１７に対して移動可能にしたりしてもよい。ノズルとしては、一般的なスプレー用のノズルを用いることができる。ノズルの口径や個数は、目的とする造形物１７の大きさやサポート材粒子の種類のよって適宜選択してもよい。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。尚、以下の説明において特記しない限り、「％」は重量％を意味する。
【００３８】
［実施例１］
本実施例で使用した材料、及び造形物の具体的な形成方法を以下に説明する。図４は、本実施例（実施例１）で作製した立体物を示す模式図である。尚、図４（ａ）は、立体物を作製する際に形成する材料層の平面パターンを示す図であり、図４（ｂ）は、本実施例で作製した造形物を示す斜視図であり、図４（ｃ）は、本実施例で作製した立体物を示す斜視図である。
【００３９】
（１）構成材
本実施例では、粒子状のＡＢＳ（平均粒径５０μｍ）を構造材として使用した。
【００４０】
（２）サポート材
本実施例では、以下に示される熱可塑性樹脂（水溶性樹脂）と、崩壊剤と、を有するサポート材を使用した。
熱可塑性樹脂（水溶性樹脂）：フジオリゴ＃４５０Ｐ（組成：マルトテトラオースを主成分とする、ぶどう糖及び各種オリゴ糖からなる澱粉糖）、日本食品化工社製
崩壊剤：カルボキシメチルセルロースカルシウム、ダイセルファインケム社製
本実施例において、サポート材は、上記熱可塑性樹脂と上記崩壊剤とを、熱可塑性樹脂：崩壊剤＝２０：８０の割合で混合したものを混練粉砕して粒子状にすることで調製した。尚、本実施例で使用した粒子状のサポート材の平均粒径は５０μｍである。
【００４１】
（３）材料層の形成工程
粒子状の構成材と粒子状のサポート材とを用いて材料層を形成した。具体的には、まずサポート材の粒子を図４（ａ）中の符号Ｂで示される平面領域に配置し、構造材の粒子を図４（ａ）中の符号Ａで示される平面領域に配置することで材料層を形成した。尚、図４（ａ）において、ｄ1は２ｃｍであり、ｄ2は１ｃｍであった。次に、この材料層をポリイミド製の基材に転写することによりシート状の材料層を当該基材上に形成した。
【００４２】
（４）造形物の作製工程
上記（３）の工程を１００回行い、当該基材上に材料層を１００層積層することで、図４（ｂ）に示される、サポート部１７ｂと構造部１７ａとからなる造形物を得た。尚、図４（ｂ）においてｄ3（積層厚）は２ｍｍであった。また後述する評価試験を行うために、造形物を５つ作製した。
【００４３】
（５）水によるサポート部の除去性能の評価
上記（４）の工程にて得られた造形物について、造形物に含まれるサポート部の除去性能を評価した。
具体的には、まず１５０ｍＬの水を入れた２００ｍＬビーカー中へ造形物（５個）を投入した後、超音波洗浄器（出力：１１０Ｗ、２４ｋＨｚ及び３１ｋＨｚの複合周波）にて超音波をかけながら５分間浸漬させた。これによって造形物に含まれるサポート材が構造材から除去されたか否かを評価した。ここで、具体的な評価基準を以下に示す。
○：図４（ｃ）に示されるように、サポート部が構造材から完全に剥離された。
×：サポート部の一部が構造体に付着していた（構造材からのサポート材の剥離が不完全であった）。
評価結果を表１に示す。尚、評価の際は、作製した５つの造形物についてそれぞれ評価実験を行い、「○」の評価を受けた構造物が半数以上である場合は表１において「○」と表示し、「×」の評価を受けた構造物が半数以上である場合は表１において「×」と表示した。
【００４４】
［実施例２］
実施例１（２）において、熱可塑性樹脂（水溶性樹脂）として、フジオリゴ＃４５０Ｐに代えてＰＥＧ２００００（三洋化成社製）を使用したこと以外は、実施例１と同様の方法により造形物を作製した。また実施例１と同様の方法により、得られた造形物に含まれるサポート部１７ｂの除去性能を評価した。評価結果を表１に示す。
【００４５】
［比較例１］
実施例１（３）において、実施例１（２）にて調製したサポート材に代えて粒子状のフジオリゴ＃４５０Ｐ（平均粒径：５０μｍ）を使用したこと以外は、実施例１と同様の方法により造形物を作製した。また実施例１と同様の方法により、得られた造形物に含まれるサポート部１７ｂの除去性能を評価した。評価結果を表１に示す。
【００４６】
［比較例２］
実施例２において、実施例２で調製したサポート材に代えて粒子状のＰＥＧ２００００（平均粒径：５０μｍ）を使用したこと以外は、実施例２と同様の方法により造形物を作製した。また実施例１と同様の方法により、得られた造形物に含まれるサポート部１７ｂの除去性能を評価した。評価結果を表１に示す。
【００４７】
［比較例３］
実施例１（２）において、熱可塑性樹脂と崩壊剤との混合比を、熱可塑性樹脂：崩壊剤＝５：９５としたこと以外は、実施例１と同様の方法により造形物を作製した。また実施例１と同様の方法により、得られた造形物に含まれるサポート部１７ｂの除去性能を評価した。評価結果を表１に示す。
【００４８】
［比較例４］
実施例２において、熱可塑性樹脂と崩壊剤との混合比を、熱可塑性樹脂：崩壊剤＝５：９５としたこと以外は、実施例２と同様の方法により造形物を作製した。また実施例１と同様の方法により、得られた造形物に含まれるサポート部１７ｂの除去性能を評価した。評価結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
表１より、水と接触することにより膨張し崩壊する性質を有する崩壊剤が含まれることによりサポート部の除去性が著しく向上することを確認できた。尚、表１より、熱可塑性樹脂（水溶性樹脂）の割合が極めて少ない（５％以下）サポート材で形成されたサポート部については、崩壊剤により効果が発現されないことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の造形材は、三次元造形技術によって作製される立体物を作製する際に利用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１（１ａ）：構造材粒子、１ｂ：サポート材粒子、１７ａ：構造部、１７ｂ：サポート部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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