(57)【要約】【課題】十分な流動性を有し、かつ、成形直後の立体造形物に十分な強度を付与できる安価な立体造形用混合粉体および立体造形物を提供する。【解決手段】水浸透体積が２０立方ミリメートル以下の水溶性有機物、半水石膏、石膏硬化促進剤を含む立体造形用混合粉体３１であって、石膏硬化促進剤の割合は、立体造形用混合粉体３１全体に対して０．１〜５重量％であることから、立体造形用混合粉体３１が十分な流動性を有するとともに、成形直後の立体造形物３０に十分な強度を付与できるコストが安価な立体造形用混合粉体３１を提供することができる。【選択図】図１
2017081766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水浸透体積が２０立方ミリメートル以下の水溶性有機物と半水石膏と石膏硬化促進剤とを含む立体造形用混合粉体であって、
前記石膏硬化促進剤の割合は、前記立体造形用混合粉体全体に対して０．１〜５重量％であることを特徴とする立体造形用混合粉体。
【請求項２】
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ことを特徴とする請求項１に記載の立体造形用混合粉体。
【請求項３】
前記水溶性有機物は、ポリビニルアルコールを含まないものであり、前記立体造形用混合粉体全体に対して、０〜１０重量％であることを特徴とする請求項１または２に記載の立体造形用混合粉体。
【請求項４】
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固化層を順次積層することにより立体造形物を成形することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の立体造形用混合粉体。
【請求項５】
前記請求項１から４の何れか１項に記載の立体造形用混同粉体と、水を溶媒とする造形液との硬化反応により生成された固化層が順次積層されることによって成形された立体造形物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体造形物を構成するための立体造形用混合粉体およびそれを用いて成形された立体造形物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、立体造形用混合粉体と造形液とを混合して固化することにより、立体造形物を造形する技術が知られている。たとえば、３Ｄプリンターを用いた造形技術が挙げられる。３Ｄプリンターの成形法の一つは、載置台に均一に広げられた立体造形物を構成する材料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滴下されることによって所定の範囲のみが固化された固化物の層が得られ、この固化物の層が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。成形される具体的な立体造形物としては、デザイン・プロトタイプ、建築モデル、地形図、観賞用フィギュア、医療用モデル、工業用モデルなどが挙げられ、その用途は多岐に渡っている。
【０００３】
ところで、３Ｄプリンターで成形される立体造形物の性質は、使用される材料に依存する部分が大きいことから、用途に応じた機能を発揮し得る材料が開発されている。たとえば、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）が成分として含まれる混合粉体が特許文献１および２で提案されている。
【０００４】
特許文献１には、半水石膏が含まれるカルシウム系物質とポリビニルアルコール樹脂の合計重量を１００重量部とした場合、２〜８重量部のポリビニルアルコール樹脂と、０．１〜５重量部の硬化促進剤とから成る混合粉体が提案されている。特許文献２には、半水石膏と硬化促進剤との混合粉末材料であって、硬化促進剤の割合を混合粉体の５．０１重量％以上４５重量％以下の範囲とする混合粉体が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００７／１２２８０４号
【特許文献２】特許第５６５９１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の混合粉体では、ポリマー、硬化促進剤が含まれているが、依然として硬化反応速度が十分ではなく、そのため３Ｄプリンターにより成形された直後の立体造形物は十分な強度を有していないという問題があった。
【０００７】
また、特許文献２の記載の混合粉体では、造形直後でも十分な強度を保つために硬化促進剤を多く混合した混合粉体を用いているが、硬化促進剤は反応性が高いため空気中の水分に反応するなど吸湿性も高く、硬化促進剤を多く含む粉末は流動性が低下するという傾向がある。そのため、混合粉体の流動性が低下することにより、立体造形物の生成のために混合粉体を投入する際や余剰の混合粉体を排出する場合において、混合粉体が立体造形物成形装置内の混合粉体流通経路にあるフィルターを通過する際に、フィルター詰まりなどの問題を生じさせることがあった。
【０００８】
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、成形直後の立体造形物に安価で十分な強度を付与し、かつ、十分な流動性を有する立体造形用混合粉体を提供することにある。
【０００９】
本発明者等は、上記事情を背景とし、成形直後の立体造形物に十分な強度を有し、かつ十分な流動性を有する立体造形物を構成するための立体造形用混合粉体を得るべく、種々検討を行った結果、石膏硬化促進剤が所定の割合で石膏に混ぜられた立体造形用混合粉体は、流動性が高く粉詰まりを抑制できることを見出した。これは、石膏硬化促進剤が吸着する水分量を調整することに起因している。また、水溶性有機物にも着目し、成形直後の立体造形物が十分な強度を有する場合の立体造形用混合粉体における水溶性有機物の割合を見出した。さらに、水溶性有機物の水浸透体積に着目し、石膏硬化に使われる水分が樹脂に吸収されて造形物の強度を低下させることを抑制できる水浸透体積の所定値を見出した。これらにより、十分な流動性を有する立体造形用混合粉体で構成された立体造形物において十分な強度が得られると考えられる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１発明の要旨とするところは、水浸透体積が２０立方ミリメートル以下の水溶性有機物と半水石膏と石膏硬化促進剤とを含む立体造形用混合粉体であって、前記石膏硬化促進剤の割合は、前記立体造形用混合粉体全体に対して０．１〜５重量％であることを特徴とする立体造形用混合粉体にある。
【００１１】
第２発明の要旨とするところは、第１発明において、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ことにある。
【００１２】
第３発明の要旨するところは、第１発明または第２発明において、前記水溶性有機物は、ポリビニルアルコールを含まないものであり、前記立体造形用混合粉体全体に対して、０〜１０重量％であることにある。
【００１３】
第４発明の要旨とするところは、第１発明から第３発明のいずれか１の発明において、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固化層を順次積層することにより立体造形物を成形することにある。
【００１４】
第５発明の要旨とするところは、第１発明から第４発明のいずれか１の発明において、立体造形用混同粉体と、水を溶媒とする造形液との硬化反応により生成された固化層が順次積層されることによって成形された立体造形物にある。
【発明の効果】
【００１５】
第１発明によれば、水浸透体積が２０立方ミリメートル以下の水溶性有機物と半水石膏と石膏硬化促進剤とを含む立体造形用混合粉体であって、石膏硬化促進剤の割合は、立体造形用混合粉体全体に対して０．１〜５重量％であることから、立体造形用混合粉体が十分な流動性を有するとともに、成形直後の立体造形物に十分な強度を付与できるコストが安価な立体造形用混合粉体を提供することができる。
【００１６】
第２発明によれば、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ことから、実用的かつ安価な材料によって成されるため、コストが安価な立体造形物を構成するための立体造形用混合粉体を提供することができる。
【００１７】
第３発明によれば、水溶性有機物は、ポリビニルアルコールを含まないものであり、立体造形用混合粉体全体に対して、０〜１０重量％であることを特徴とするものであることから、立体造形用混合粉体に必要十分な湿度を付与することができる。
【００１８】
第４発明によれば、立体造形用混合粉体は、層状に充填された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固化層を順次積層することにより立体造形物を成形することを特徴とするものであることから、３Ｄプリンターをはじめとする立体造形物成形装置に好適に用いられる立体造形物を構成するための立体造形用混合粉体を提供することができる。
【００１９】
第５発明によれば、第１発明から第４発明の何れか１に記載の立体造形用混同粉体と水を溶媒とする造形液との硬化反応により生成された固化層が順次積層されることによって成形された立体造形物であることから、成形直後の強度が十分であり、かつ、コストが安価な立体造形物を提供することができる。
【００２０】
ここで、好適には、石膏硬化促進剤は立体造形用混合粉体全体に対して０．１〜５重量％の割合で含まれるように混合される。このようにすれば、十分な流動性を有する立体造形用混合粉体が作製できる。立体造形用混合粉体全体に対して石膏硬化促進剤の割合が５重量％よりも大きいと石膏硬化促進剤が水分を吸着し、立体造形用混合粉体全体の流動性が低下するからである。また、石膏硬化促進剤としては、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、ミョウバン類が好適に用いられる。
【００２１】
また、好適には、水溶性有機物は水浸透体積は２０立方ミリメートル以下のものである。水浸透体積が２０立方ミリメートルよりも大きいと石膏硬化に使われる水分が水溶性有機物に吸収されてしまうため、立体造形物の強度が低下するからである。
【００２２】
また、好適には、水溶性有機物はポリビニルアルコールを含まないものであり、立体造形用混合粉体全体に対して０〜１０重量％の割合で含まれるように混合される。ポリビニルアルコールは、他の水溶性有機物、例えばキサンタンガム
と比べて水浸透体積が１０倍以上の数値を示していることから、ポリビニルアルコールを用いた立体造形用混合粉体は他の水溶性有機物を用いた立体造形用混合粉体と比べ、立体造形物の強度が低下する。具体的には、水溶性有機物の水浸透体積が高い場合は、石膏硬化に使われる水分が水溶性有機物に吸収されてしまうため、立体造形物の強度が低下する。さらに、立体造形用混合粉体全体に対して水溶性有機物の割合が１０重量％より大きいと石膏硬化の阻害と水溶性有機物同士の接着性とが互いに相殺し合うため、立体造形物の強度が低下するからである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の立体造形物を成形する工程について説明する工程図である。
【図２】図１の工程で用いられる３Ｄプリンターの構成を概略的に示す図である。
【図３】図２の３Ｄプリンターによる立体造形物の成形過程を説明する図である。
【図４】本発明の効果を検証するために本発明者が行った試験において、石膏硬化促進剤の割合を０重量％〜１０重量％の範囲とした場合の試験結果を示す図である。
【図５】図４の試験結果を示すグラフである。
【図６】本発明の効果を検証するために本発明者が行った試験に用いた実験装置を概略的に示す図である。
【図７】本発明の効果を検証するために本発明者が行った試験において、水溶性有機物の割合を０重量％〜２０重量％の範囲とした場合の試験結果を示す図である。
【図８】図７の試験結果を示すグラフである。
【図９】本発明の効果を検証するために本発明者が行った試験において、石膏硬化促進剤および水溶性有機物の割合および物質を変更した場合の試験結果を示す図である。
【図１０】図９の試験結果を示すグラフである。
【図１１】図９の試験結果を示すグラフである。
【図１２】本発明の効果を検証するために本発明者が行った試験において、水浸透体積の試験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【００２５】
図１において、混合工程Ｐ１では、粉体材料である半水石膏、水溶性有機物および石膏硬化促進剤が混合され、立体造形物３０を構成するための立体造形用混合粉体３１が得られる。この際、上記粉体材料の混合される順番は問われない。
【００２６】
次に充填工程Ｐ２では、立体造形用混合粉体３１が３Ｄプリンターなどの立体造形物成形装置１２の載置台に一定の厚みとなるように均一に広げられたのち、表面が刷り切られ余分な立体造形用混合粉体３１が除去されて充填層が形成される。
【００２７】
次に硬化、積層工程Ｐ３では、立体造形物３０の３Ｄデータなどに基づいて決定される充填された立体造形用混合粉体３１のその水平方向における所定の範囲のみに、水を溶媒とする造形液３３が滴下される。これにより、造形液３３が滴下された所定の範囲のみにおける立体造形用混合粉体３１中の半水石膏が速やかに石膏となり硬化されて、固化層が生成される。新たに生成された固化層は、直下の、すなわち、その直前に生成された固化層の上に積層される。
【００２８】
充填工程Ｐ２および硬化、積層工程Ｐ３が繰り返されることにより、固化層が積層されて立体造形物３０が成形される。このようにして得られる立体造形物３０は、所定の割合で石膏硬化促進剤および水溶性有機物が立体造形用混合粉体３１中に含まれて成形されるため、速やかに成形されるとともに、成形直後の変形が抑制される十分な強度を有している。
【００２９】
次に、図１の上記混合工程Ｐ１により得られた立体造形物３０を構成するための立体造形用混合粉体３１が適用される３Ｄプリンターの構成、ならびに３Ｄプリンターによる充填工程Ｐ２および硬化、積層工程Ｐ３について、図２および図３を参照して詳細に説明する。図２は、本発明の立体造形物３０を構成するための立体造形用混合粉体３１が好適に用いられる３Ｄプリンター１２の構成の概略を示す図である。図２において、３Ｄプリンター１２は水平面を有するフレーム１４と、フレーム１４の水平面に対して鉛直方向且つ上側に位置固定で設けられた枠部１６と、フレーム１４の水平面に対して略平行な水平面を有し、水平面がフレーム１４の水平面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に嵌められた載置台１８と、モータ２０を備え、モータ２０の駆動力により載置台１８を前記フレーム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載置台駆動機構２２と、載置台１８の水平面に対して略平行な方向、すなわちｘｙ平面に平行な方向に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滴下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を載置台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とを備える。
【００３０】
図３は３Ｄプリンター１２による立体造形物３０の成形過程、すなわち充填工程Ｐ２および硬化、積層工程Ｐ３を詳細に説明する図である。図３において、立体造形物３０を構成するための立体造形用混合粉体３１は半水石膏、水溶性有機物および石膏硬化促進剤が混合されたものである。また、立体造形物３０は、枠部１６の内側において、立体造形用混合粉体３１が既に硬化されることにより生成された固化層３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆ、３２ｇ、３２ｈ、３２ｉ、３２ｊ（以後、特に断らない限りは「固化層３２」とする）が積層されることにより成形されている。以後、固化層３２ｋ（図示されない）が積層され、立体造形物３０が成形される過程を説明する。充填工程Ｐ２においては、始めに載置台１８が図中の白抜き矢印方向に固化層３２の厚みの分だけ下降させられる。次に、載置台１８の下降により生じた、すなわち固化層３２ｊの上面および、硬化されていない立体造形用混合粉体３１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に、新たに立体造形用混合粉体３１が充填される。新たに充填された立体造形用混合粉体３１の上面と枠部１４の鉛直方向上端部の表面とが略同一面となるように、たとえば円柱状のゴム器（図示されない）などにより、上記新たに充填された立体造形用混合粉体３１の上面が擦り切られて余分な立体造形用混合粉体３１が枠部１６の内側から除去される。次に硬化、積層工程Ｐ３を説明する。上記充填された立体造形用混合粉体３１の上面における予め定められた所定範囲にのみインクジェットヘッド２６から水を溶媒とする造形液３３が滴下される。立体造形用混合粉体３１に含まれる半水石膏は造形液３３により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３１において造形液３３が滴下された所定の範囲においてのみ固化層３２ｋが生成され、固化層３２ｋが生成される直前に生成された固化層３２ｊの上面に積層される。以後、必要があれば載置台１８の下降以降の工程、すなわち充填工程Ｐ２および積層工程Ｐ３が繰り返されることにより、新たに生成される固化層３２が直前に生成された固化層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。
【００３１】
本実験の立体造形用混合粉体３１は、水溶性有機物、半水石膏及び石膏硬化促進剤を含むものである。なお、半水石膏の平均粒径は５〜３００μｍであって、好ましくは１５〜１２０μｍ、より好ましくは２５〜８０μｍである。立体造形用混合粉体３１の平均粒径は５〜３００μｍであって、好ましくは１０〜１５０μｍ、より好ましくは２０〜１００μｍである。
【００３２】
続いて、本発明の効果を検証するために本発明者が行った実験例１について、図４および図５に示す実施例１〜７および比較例１〜３に基づき説明する。立体造形用混合粉体３１は、実施例１〜７および比較例１〜３に記載の半水石膏、二水石膏およびキサンタンガムの各粉体に係る混合割合を満たすように各粉体を混合して得られ、図４は、立体造形用混合粉体３１と、その立体造形用混合粉体３１に対応する粉吸引時間および造形強度との関係を示している。図５は、図４の試験結果を示すグラフである。
【００３３】
図４で示す粉吸引時間は、図６で示す実験装置４０による評価で得ることができる。実験装置４０は、密閉可能な中空の直方体形状をしているボックス４２を備え、ボックス４２は、密閉状態の場合に内部が目視できるように、たとえば、透明な素材により形成されている。ボックス４２の長さ方向の一端面には略円筒形状の粉体投入管４４が連通され、他方端面には略円筒形状の粉体吸入管４６が連通されている。粉体投入管４４の径中心と粉体吸入管４６の径中心とが同軸線上になるように粉体投入管４４と粉体吸入管４６とが設けられている。ボックス４２の内部には、立体造形用混合粉体３１の最大粒度よりも大きい孔を有するパンチングメタルで形成された仕切り４８がボックス４２の長さ方向中央に設けられ、仕切り４８によってボックス４２の内部は長さ方向中央で粉体投入側と粉体吸引側とに２分割されている。粉体投入管４４は、ボックス４２の長さ方向の一端面に貫通してボックス４２と連通されている。ボックス４２の外部側に位置する粉体投入管４４の一端部側には、鉛直方向上向きに開口している粉体投入口５０を有する略円筒形状の粉体投入部５２が設けられ、粉体投入管４４は粉体投入部５２と連通されている。粉体投入口５０には、所定の割合で各粉体が混合された立体造形用混合粉体３１、例えば、実施例１の場合は半水石膏９８重量％およびキサンタンガム２重量％から成る立体造形用混合粉体３１が投入される。このとき、粉体投入口５０へ投入される立体造形用混合粉体３１の粉体量は５０ｇである。ボックス４２の内部側に位置する粉体投入管４４の他方端部側は仕切り４８に接触している。粉体吸入管４６は、ボックス４２の長さ方向の他方端面に貫通してボックス４２と連通されている。ボックス４２の外部側に位置する粉体吸入管４６の端部側には、図示しない吸引装置が設けられ、粉体投入管４４は吸引装置と連通されている。ボックス４２が密閉され、立体造形用混合粉体３１が粉体投入口５０へ投入された後に、吸引装置が稼働されると、立体造形用混合粉体３１は、粉体投入管４４を流通して仕切り４８を経由し粉体吸入管４６に吸入される。
【００３４】
吸引装置を稼働させて立体造形用混合粉体３１の吸引を開始させてから、立体造形用混合粉体３１が粉体吸入管４６に全て吸引されたことを目視にて確認した後に吸引装置を停止させるまでの時間を測定し、この測定された時間を粉吸引時間とする。粉吸引時間は、立体造形用混合粉体３１の流動性を表し、粉吸引時間が大きい場合は立体造形用混合粉体３１の流動性は悪く、粉吸引時間が小きい場合は立体造形用混合粉体３１の流動性は良いとされる。
【００３５】
図４で示す造形強度は、幅４ｍｍ×長さ４０ｍｍ×厚さ３ｍｍの板状試験片を用いて、その板状試験片を支える２点の支点間距離を３０ｍｍとして、支点間の中央に荷重を加える３点曲げ試験（抗折試験）により測定する。板状試験片は、所定の割合で各粉体が混合された立体造形用混合粉体３１、例えば、実験例１における実施例１の場合は半水石膏９８重量％およびキサンタンガム２重量％から成る立体造形用混合粉体３１を３Ｄプリンターにて板状に成形したものを用いる。
【００３６】
図５において、右縦軸は造形強度（ＭＰａ）、左縦軸は粉吸引時間（秒）、横軸は石膏硬化促進剤の比率（重量％）である。また、図５において、図４の実施例１〜７および比較例１〜３の造形強度が実線で、粉吸引時間が一点鎖線でそれぞれ示されている。
【００３７】
図４および図５で示されるように、実施例１〜７および比較例１〜３において、造形強度は１．１ＭＰａから２．１ＭＰａの範囲で推移している。ここで、本発明では、成形直後の立体造形物３０が十分な強度を有するための目標造形強度を１．３ＭＰａと設定する。そのため、石膏硬化促進剤の比率が立体造形用混合粉体３１全体に対して０．１重量％以上の場合に目標造形強度を上回っていることがわかる。また、実施例１〜７および比較例１〜３において、粉吸引時間は１１３秒から２６９秒の範囲で推移している。ここで、本発明では、立体造形用混合粉体３１が十分な流動性を有していることを示す目標粉吸引時間を２００秒以下と設定する。そのため、石膏硬化促進剤の比率が立体造形用混合粉体３１全体に対して５重量％以下の場合に目標粉吸引時間を下回っていることがわかる。なお、石膏硬化促進剤の比率１重量％の立体造形用混合粉体３１と石膏硬化促進剤の比率１０重量％の立体造形用混合粉体３１とを、３ＤプリンターＰｒｏＪｅｔ（登録商標、３ＤＳｙｓｔｅｍｓ製）に投入したところ、石膏硬化促進剤の比率が１０重量％の立体造形用混合粉体３１ではフィルターでの粉詰まりが発生したが、石膏硬化促進剤の比率が１重量％の立体造形用混合粉体３１では粉詰まりは発生しなかった。
【００３８】
続いて、本発明の効果を検証するために本発明者が行った実験例２について、図７および図８に示す実施例８〜１４および比較例４〜６に基づき説明する。立体造形用混合粉体３１は、実施例８〜１４および比較例４〜６に記載の半水石膏、二水石膏およびキサンタンガムの各粉体に係る混合割合を満たすように各粉体を混合して得られ、図７は、立体造形用混合粉体３１と、その立体造形用混合粉体３１に対応する粉吸引時間および造形強度との関係を示している。粉吸引時間および造形強度は、実験例１と同じ方法で評価する。図８は、図７の試験結果を示すグラフである。図８において、右縦軸は造形強度（ＭＰａ）、左縦軸は粉吸引時間（秒）、横軸は水溶性有機物の比率（重量％）である。また、図８において、図７の実施例８〜１４および比較例４〜６の造形強度が実線で、粉吸引時間が一点鎖線でそれぞれ示されている。
【００３９】
図７および図８で示されるように、実施例８〜１４および比較例４〜６において、造形強度は０．８ＭＰａから２．１ＭＰａの範囲で推移している。目標造形強度は１．３ＭＰａであることから、水溶性有機物であるキサンタンガムの比率が立体造形用混合粉体３１全体に対して１０重量％以下の場合に目標造形強度を上回っていることがわかる。また、実施例８〜１４および比較例４〜６において、粉吸引時間は１３６秒から１６３秒の範囲で推移している。目標粉吸引時間は２００秒以下と設定しているため、水溶性有機物であるキサンタンガムの比率が立体造形用混合粉体３１全体に対して２０重量％以下のすべての条件において目標粉吸引時間を下回っていることがわかる。
【００４０】
続いて、本発明の効果を検証するために本発明者が行った実験例３について、図９、図１０および図１１に示す実施例１５〜２８および比較例７〜１２に基づき説明する。立体造形用混合粉体３１は、実施例１５〜２８および比較例７〜１２に記載の半水石膏、石膏硬化促進剤および水溶性有機物の各粉体に係る混合割合を満たすように各粉体を混合して得られる。なお、比較例６は、３Ｄプリンターなどで用いられる市販品（ＶｉｓｉＪｅｔＰＸＬＣｏｒｅ、３ＤＳｙｓｔｅｍｓ製）の粉体を用いており、実施例１５〜２８および比較例７〜１２のように混合された混合粉体ではない。図９は、立体造形用混合粉体３１と、その立体造形用混合粉体３１に対応する粉吸引時間および造形強度との関係を示している。粉吸引時間および造形強度は、実験例１ならびに実験例２と同じ方法で評価する。図１０および図１１は、図９の試験結果を示すグラフである。図１０において、縦軸は造形強度（ＭＰａ）である。図１１において、縦軸は粉吸引時間（秒）である。
【００４１】
図９、図１０および図１１で示されるように、実施例１５〜２８および比較例７〜１２において、造形強度は０．９ＭＰａから２．１ＭＰａの範囲で推移している。目標造形強度は１．３ＭＰａであることから、デキストリンまたはポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を含有している水溶性有機物が混合された立体造形用混合粉体３１を除き、目標造形強度を上回っていることがわかる。また、実施例１５〜２８および比較例７〜１２において、粉吸引時間は１２９秒から１５６秒の範囲で推移している。目標粉吸引時間は２００秒以下と設定しているため、石膏硬化促進剤および水溶性有機物の成分を変更したすべての条件において目標粉吸引時間を下回っていることがわかる。ここで、実施例１５〜２８および比較例７〜１２において、粉吸引時間はほぼ同等の値で推移し、あまり変わらないとの技術者の判断により未測定例が含まれる。具体的には、図９のハイフンで示されるように、実施例２０〜２８および比較例９〜１１において、粉吸引時間は未測定である。
【００４２】
図１２は、各水溶性有機物の水浸透体積を示す。ここで、水浸透体積とは、水浸透半径と水浸透深さとから求められる体積のことをいう。具体的には、５０ｍｌのカップ、例えば、ディスポカップに水溶性有機物１０重量％とアルミナ粉９０重量％とからなる混合粉体６０を５０ｇ投入し、３回タップして表面を均し、混合粉体６０の表面から高さ方向に１ｃｍ離隔した点から１００μｌの水滴を垂らし、水滴表面の光沢が無くなるまで混合粉体６０に水を浸透させる。そして、水が浸透して固化した固化体を円柱と近似し、その半径と深さとから求められた体積を水浸透体積とする。図１２に示されるように、デキストリンおよびポリビニルアルコール（ＰＶＡ）の水浸透体積が大きく、他の水溶性有機物に比べ１０倍以上の水浸透体積を有していることがわかる。つまり、図１２と図９、図１０および図１１とを勘案した場合に、デキストリンおよびポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を混合した立体造形用混合粉体３１は水浸透体積が大きいことに起因して造形強度が低下する傾向を確認できる。
【００４３】
本実施例によれば、水溶性有機物の水浸透体積が２０立方ミリメートル以下であって、石膏硬化促進剤の割合は、立体造形用混合粉体全体に対して０．１〜５重量％であることから、十分な流動性を有するとともに、成形直後の立体造形物３０に十分な強度を付与できるコストが安価な立体造形用混合粉体３１を提供することができる。
【００４４】
また、本実施例によれば、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ことから、実用的かつ安価な石膏硬化促進剤を用いて、成形直後の立体造形物３０に十分な強度を付与でき、さらに安価な立体造形用混合粉体３１を提供することができる。
【００４５】
また、本実施例によれば、ポリビニルアルコールを含まない水溶性有機物は、立体造形用混合粉体３１全体に対して、０〜１０重量％であることから、立体造形用混合粉体３１に必要十分な湿度を付与することができる。
【００４６】
また、本実施例によれば、立体造形用混合粉体３１は、層状に充填された立体造形用混合粉体３１の少なくとも一部が水を溶媒とする造形液３２によって固化された固化層を順次積層することにより立体造形物３０を成形することから、３Ｄプリンターをはじめとする立体造形物成形装置に好適に用いられる立体造形物３０を構成するための立体造形用混合粉体３１を提供することができる。
【００４７】
また、本実施例によれば、立体造形用混同粉体３１と水を溶媒とする造形液３２との硬化反応により生成された固化層が順次積層されることによって成形された立体造形物３０であることから、成形直後の強度が十分であり、かつ、コストが安価な立体造形物３０を提供することができる。
【００４８】
以上、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、更に別の態様においても実施される。
【００４９】
例えば、前述の実施例においては、石膏硬化促進剤として、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およびミョウバン類のうち少なくとも１種または２種以上から成る立体造形用混合粉体３１について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなくともよく、立体造形用混合粉体３１の仕様に応じて種々の石膏硬化促進剤が適宜選択されて用いられ得る。
【００５０】
また、前述の実施例では特に言及していないが、本発明の立体造形用混合粉体３１には、石膏硬化促進剤及び水溶性有機物の他に、その仕様に応じて接着粒子材料や充填剤等、各種材料が適宜含有され得ることは言うまでもない。
【００５１】
その他、一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられて実施されるものである。
【符号の説明】
【００５２】
３０：立体造形物
３１：立体造形用混合粉体
３２：固化層
３３：造形液
【図１】
2017081766.tif 000003
【図２】
2017081766.tif 000004
【図３】
2017081766.tif 000005
【図４】
2017081766.tif 000006
【図５】
2017081766.tif 000007
【図６】
2017081766.tif 000008
【図７】
2017081766.tif 000009
【図８】
2017081766.tif 000010
【図９】
2017081766.tif 000011
【図１０】
2017081766.tif 000012
【図１１】
2017081766.tif 000013
【図１２】
2017081766.tif 000014