特許 6972811 三次元造形物の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6972811

(24)【登録日】2021年11月8日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】三次元造形物の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B22F 10/64 20210101AFI20211111BHJP

   B22F 10/18 20210101ALI20211111BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20211111BHJP

   B29C 64/112 20170101ALI20211111BHJP

   B29C 64/188 20170101ALI20211111BHJP

   B28B 1/30 20060101ALI20211111BHJP

【ＦＩ】

   B22F10/64

   B22F10/18

   B33Y10/00

   B29C64/112

   B29C64/188

   B28B1/30

【請求項の数】1

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-174985(P2017-174985)

(22)【出願日】2017年9月12日

(65)【公開番号】特開2019-52325(P2019-52325A)

(43)【公開日】2019年4月4日

【審査請求日】2020年8月5日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095452

【弁理士】

【氏名又は名称】石井 博樹

(72)【発明者】

【氏名】▲角▼谷 彰彦

(72)【発明者】

【氏名】岡本 英司

【審査官】 坂口 岳志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１８２４２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２４１３２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｆ １０／００−１２／９０

Ｂ２９Ｃ ６４／００−６４／４０

Ｂ２２Ｆ ３／１６

Ｂ２２Ｆ ３／１０５

Ｂ２２Ｆ ３／０２

Ｂ２２Ｆ ３／１０

Ｂ２８Ｂ １／３０

Ｂ３３Ｙ １０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の層が積層されてなる三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、
前記三次元造形物を構成する粉末と、溶媒と、バインダーと、を含む組成物を用いて、構成材料吐出部からペースト状の構成材料を液滴状または連続体形状で前記三次元造形物に対応する領域に吐出し、かつ、前記三次元造形物に対応する領域と隣接する領域に支持層形成用材料吐出部から前記構成材料を支持するペースト状の支持層形成用材料を液滴状または連続体形状で吐出することで、前記層を形成する層形成工程と、
前記層形成工程を繰り返し実行して、前記層が複数積層されてなる積層体を形成する積層工程と、
前記積層体に含まれる前記溶媒を除去する溶媒除去工程と、
前記溶媒除去工程が実行されることで得られた前記積層体に前記バインダーのガラス転移温度以上、かつ、前記バインダーの軟化点以下の温度の熱を加える熱処理工程と、
前記熱処理工程で熱処理された前記積層体に対して、脱脂及び焼結の少なくともいずれかを実行する加熱工程と、
を有し、
前記組成物に前記バインダーが複数種類含まれていた場合、前記熱処理工程は、前記バインダーのうちの最高のガラス転移温度以上の温度の熱を加えることを特徴とする三次元造形物の製造方法。

【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に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、様々な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、複数の層を積層して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法がある。
例えば、特許文献１には、光硬化性樹脂に選択的に光を照射することにより複数の硬化樹脂層を形成することで三次元造形物を製造する三次元造形物の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２００２−６７１７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

三次元造形物は、様々な材料で構成でき、例えば、金属やセラミックスなどで三次元造形物の形状を形成し、三次元造形物の形状が完成した後にそれを脱脂したり焼結させたりする場合がある。また、三次元造形物を構成する粉末と溶媒とバインダーとを含む組成物を用いて複数の層を積層して三次元造形物を製造する場合、溶媒の揮発などに伴って、各層において脱脂や焼結の前に溶媒及びバインダーの分布が偏り、三次元造形物の積層物内で応力が発生することがある。これは、各層における溶媒の除去速度（揮発速度など）が各層の端部側（速い）と中央部側（遅い）とで異なる（偏る）ことに起因する。溶媒の除去速度の偏りに伴って溶媒及びバインダーの分布が偏ると、三次元造形物の積層物内で、各層の端部側から中央部側に向かう応力が発生し、このような状態で脱脂や焼結を実行すると、三次元造形物の積層物に該応力に起因する反りなどが発生し、変形してしまう場合がある。

【0005】

そこで、本発明の目的は、複数の層が積層されてなる三次元造形物を製造する際に、脱脂や焼結に伴って三次元造形物の積層物が変形することを抑制することである。

【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、複数の層が積層されてなる三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、前記三次元造形物を構成する粉末と、溶媒と、バインダーと、を含む組成物を用いて、前記層を形成する層形成工程と、前記層に含まれる前記溶媒を除去する溶媒除去工程と、前記層形成工程と前記溶媒除去工程とが実行されることで得られた前記層に前記バインダーのガラス転移温度以上の温度の熱を加える熱処理工程と、前記熱処理工程で熱処理された前記三次元造形物の積層物に対して、脱脂及び焼結の少なくともいずれかを実行する加熱工程と、を有することを特徴とする。

【0007】

本態様によれば、脱脂及び焼結の少なくともいずれかを実行する加熱工程の前に、三次元造形物の積層物を構成する層に熱を加える熱処理工程を実行する。このため、溶媒除去工程で溶媒及びバインダーの分布が偏ったとしても、該熱処理工程によりその偏り（該偏りに伴う応力）を低減又は解消できる。したがって、脱脂や焼結を実行する前に三次元造形物の積層物内での応力を低減又は解消でき、加熱工程（脱脂や焼結）に伴って三次元造形物の積層物が変形することを抑制することができる。

【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、前記熱処理工程は、前記層形成工程と前記溶媒除去工程とが実行されることで得られた複数の前記層からなる前記三次元造形物の積層物に前記バインダーのガラス転移温度以上の温度の熱を加えることを特徴とする。

【0009】

本態様によれば、熱処理工程は複数の層からなる三次元造形物の積層物に熱を加えるので、熱処理工程の実行回数を減らすことができ、三次元造形物の製造効率（製造速度）を高めることができる。

【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２の態様において、前記熱処理工程は、前記バインダーの軟化点以下の温度の熱を加えることを特徴とする。

【0011】

本態様によれば、熱処理工程はバインダーの軟化点以下の温度の熱を加えるので、熱処理工程に伴ってバインダーが軟化して三次元造形物の積層物が変形することを抑制できる。

【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２または第３の態様において、前記組成物に前記バインダーが複数種類含まれていた場合、前記熱処理工程は、前記バインダーのうちの最高のガラス転移温度以上の温度の熱を加えることを特徴とする。

【0013】

本態様によれば、バインダーが複数種類含まれていた場合でも、バインダーの分布の偏りを特に効果的に低減又は解消できる。

【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１から第４のいずれか１つの態様において、前記溶媒除去工程は、前記層形成工程が１回行われる毎に実行されることを特徴とする。

【0015】

本態様によれば、溶媒除去工程を１回行う毎に層形成工程が実行されるので、溶媒除去工程に伴うバインダーの分布の偏りを特に効果的に低減できる。

【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１から第４のいずれか１つの態様において、前記溶媒除去工程は、前記層形成工程が複数回行われてから実行されることを特徴とする。

【0017】

本態様によれば、溶媒除去工程を複数回行ってから層形成工程が実行されるので、三次元造形物の製造効率（製造速度）を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】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。

【図2】図１に示すＣ部の拡大図。

【図3】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。

【図4】図２に示すＣ’部の拡大図。

【図5】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6】本発明の一の実施形態に係るヘッドユニットの配置と、三次元造形物の形成形態と、の関係を概念的に説明する平面図。

【図7】本発明の一の実施形態に係るヘッドユニットの配置と、三次元造形物の形成形態と、の関係を概念的に説明する平面図。

【図8】本発明の一の実施形態に係るヘッドユニットの配置と、三次元造形物の形成形態と、の関係を概念的に説明する平面図。

【図9】三次元造形物の形成形態を概念的に説明する概略図。

【図10】三次元造形物の形成形態を概念的に説明する概略図。

【図11】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12】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13】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。

【図14】本発明の別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】

【0019】

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〜図４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。このうち、図１及び図２は、一の材料供給部（三次元造形物の構成材料を供給する材料供給部）のみを表した図である。また、図３及び図４は、別の一の材料供給部（三次元造形物を形成する際に該三次元造形物を支持する支持部を形成する支持部形成用材料を供給する材料供給部）のみを表した図である。
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さ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。
また、本実施例の構成材料は、三次元造形物を構成する粉末粒子と溶媒と該溶媒に可溶なバインダーとを含む三次元造形用ペースト（ペースト状の組成物）である。そして、本実施例の支持部形成用材料は、支持層形成用粒子と溶媒と該溶媒に可溶なバインダーとを含む三次元造形用ペースト（ペースト状の組成物）である。

【0020】

図１及び図３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及び図２で表されるように、一方の端部が基台１１０に固定され、他方の端部に構成材料を吐出する構成材料吐出部１２３０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３及び図４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と、ヘッドベース１６００とは、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と支持層形成用材料吐出部１７３０と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。

【0021】

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。三次元造形物５００の形成には、電磁波照射部１０００などによる熱エネルギーの照射がなされるため、ステージ１２０の熱からの保護のため、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。本実施形態の試料プレート１２１は頑丈で製造の容易な金属製のものである。しかしながら、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、更に脱脂や焼結などが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及び図３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及び図３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構成層３１０と、で構成される。
なお、本実施形態の形成装置２０００は、三次元造形物５００の構成材料のほか支持層形成用材料を用いて層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎと複数の層を形成可能な三次元造形物の製造装置であるが、支持層形成用材料を用いることなく複数の層を形成可能な三次元造形物の製造装置であってもよい。

【0022】

また、図２は、図１に示すヘッドベース１１００を示すＣ部拡大概念図である。図２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。

【0023】

図４は、図３に示すヘッドベース１６００を示すＣ’部拡大概念図である。図４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。

【0024】

図１及び図２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の構成材料が構成材料収容部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。

【0025】

図３及び図４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が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。
なお、本実施例の形成装置２０００で使用される構成材料及び支持層形成用材料としての各々の三次元造形用ペーストについての詳細は後述する。

【0026】

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、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及び構成材料吐出部１２３０が連携して駆動及び動作するよう制御し、ステージ１２０及び支持層形成用材料吐出部１７３０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。

【0027】

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。
また、電磁波照射部１０００も、制御ユニット４００による制御で、ステージ１２０（試料プレート１２１）に形成された三次元造形物５００の層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎに向けて、電磁波を照射可能な構成になっている。

【0028】

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、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５、並びに、図６〜図８は、ヘッドベース１１００に複数保持されるヘッドユニット１４００及び構成材料吐出部１２３０の保持形態の一例を示し、このうち図６〜図８は、図２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。

【0029】

図５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６〜図８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、そして第４列目のヘッドユニット１４０４の、４ユニットが千鳥状（互い違い）に配置されたヘッドユニット１４００を備えている。そして、図６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させて構成層構成部５０（構成層構成部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び５０ｄ）が形成される。構成層構成部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で繋がれる構成となっている。

【0030】

図５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（ペースト状の組成物）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。材料Ｍの吐出形態は、液滴状であっても連続体状であっても、どちらでもよいが、本実施形態では材料Ｍは液滴状で吐出される形態により説明する。

【0031】

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。ステージ１２０は移動し、着弾した材料Ｍにより構成層構成部５０が形成される。この構成層構成部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の構成層３１０（図１参照）として形成される。

【0032】

次に、構成層構成部５０の形成手順について、図６〜図８、並びに、図９及び図１０を用いて説明する。
図６〜図８は、本実施形態のヘッドユニット１４００の配置と、構成層構成部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９及び図１０は、構成層構成部５０の形成形態を概念的に表す側面図である。

【0033】

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、構成層構成部５０が形成される。
より具体的には、まず、図９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。

【0034】

次に、図１０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、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。
ただし、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）配置させる構成（ステージ１２０のＸ方向における往復移動で構成層構成部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構成層構成部５０を形成する構成）としても良い。

【0035】

上記のように構成層構成部５０を形成することによって、図６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）の構成層構成部５０（構成層構成部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び５０ｄ）が形成される。

【0036】

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ライン目の構成層構成部５０’（構成層構成部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９及び図１０で表されるような、上記と同様な動作を行うことで、図７で表されるような、Ｙ方向における２ライン目の構成層構成部５０’（構成層構成部５０ａ’、５０ｂ’、５０ｃ’及び５０ｄ’）が形成される。

【0037】

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ライン目の構成層構成部５０’’
（構成層構成部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９及び図１０で表されるような、上記と同様な動作を行うことで、図８で表されるような、Ｙ方向における３ライン目の構成層構成部５０’’
（構成層構成部５０ａ’’、５０ｂ’’、５０ｃ’’及び５０ｄ’’）が形成され、構成層３１０を得ることができる。

【0038】

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、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。

【0039】

なお、第１層目の層５０１において、上述したように構成層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、同様の方法で、支持層３００を形成することができる。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、構成層３１０及び支持層３００を形成することができる。

【0040】

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１１及び図１２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。

【0041】

図１１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１２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。

【0042】

次に、本実施例の構成材料及び支持層形成用材料としての各々の三次元造形用ペーストについて詳細に説明する。
構成材料及び支持層形成用材料としては、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ペースト状の混合材料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（樹脂）も用いることが可能である。
このように、構成材料及び支持層形成用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。また、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどを好ましく使用可能である。
さらには、セルロースなどの繊維も用いることが可能である。

【0043】

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。

【0044】

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についてフローチャートを用いて説明する。
ここで、図１３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。

【0045】

図１３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。

【0046】

次に、ステップＳ１２０で、層毎のデータを作成（生成）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。

【0047】

次に、ステップＳ１３０で、ステップＳ１２０で生成したデータに基づき、構成材料吐出部１２３０から構成材料を吐出して（なお、場合によっては、支持層形成用材料吐出部１７３０から支持層形成用材料も吐出して）、１層分の層（三次元造形物５００の層）を形成する。

【0048】

次に、ステップＳ１５０で、電磁波照射部１０００から電磁波（赤外線）を照射して、ステップＳ１３０で形成した三次元造形物５００の層を加熱させることで、構成材料に含まれる溶媒を除去（揮発）させる。
なお、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、電磁波照射部１０００から電磁波を照射して溶媒を揮発させることで、三次元造形物５００の層から溶媒を除去させるが、このような方法に限定されない。例えば、光やレーザーなどを三次元造形物５００の層に照射して溶媒を除去させてもよいし、ホットプレートや他の加熱機構を用いて溶媒を除去させてもよいし、さらには、雰囲気を減圧させることや自然乾燥により溶媒を除去させてもよい。

【0049】

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５００の積層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。

【0050】

ステップＳ１３０からステップＳ１６０までが繰り返されることでステップ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５００の積層物の造形が終了すると、ステップＳ１７０で熱処理（所謂アニール）が行われる。
具体的には、例えば、不図示の恒温槽に三次元造形物５００の積層物を移動し、該恒温槽において構成材料に含まれるバインダーのガラス転移温度（Ｔｇ）以上の温度であって軟化点以下の温度で該積層物を加熱する。なお、熱処理方法は、このような方法に限定されず、例えば、形成装置２０００の内部に熱処理可能な加熱機構を備え形成装置２０００の内部で熱処理を実行してもよく、また、加熱温度も上記のような温度範囲に限定されない。なお、恒温槽内部の雰囲気に関しての限定は特にないが、窒素雰囲気や、還元気体の雰囲気などを好ましく採用できる。

【0051】

そして、ステップＳ１８０により、例えば上記の恒温槽において、上記ステップで形成した三次元造形物５００の積層物を加熱して脱脂及び焼結の少なくともいずれかを実行する。
そして、ステップＳ１８０の終了に伴い、本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。

【0052】

上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、複数の層（層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎ）が積層されてなる三次元造形物５００を製造する三次元造形物の製造方法であって、三次元造形物５００を構成する粉末と、溶媒と、バインダーと、を含む組成物である構成材料（材料Ｍ）を用いて、前記層を形成する層形成工程（ステップＳ１３０）と、前記層に含まれる溶媒を除去する溶媒除去工程（ステップＳ１５０）と、層形成工程と溶媒除去工程とが実行されることで得られた複数の前記層からなる三次元造形物５００の積層物に熱を加える熱処理工程（ステップＳ１７０）と、熱処理工程で熱処理された三次元造形物５００の積層物に対して、脱脂及び焼結の少なくともいずれかを実行する加熱工程（ステップＳ１８０）と、を有する。
このように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、脱脂及び焼結の少なくともいずれかを実行する加熱工程の前に、三次元造形物５００の積層物（三次元造形物５００を構成する層）に熱を加える熱処理工程を実行するため、溶媒除去工程で溶媒及びバインダーの分布が偏ったとしても、該熱処理工程によりその偏り（該偏りに伴う応力）を低減又は解消できる。したがって、本実施例の三次元造形物の製造方法は、脱脂や焼結を実行する前に三次元造形物５００の積層物内での応力を低減又は解消でき、加熱工程（脱脂や焼結）に伴って三次元造形物５００の積層物が変形することを抑制することができる。
なお、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、ステップＳ１７０の熱処理工程において層形成工程と溶媒除去工程とが実行されることで得られた複数の前記層からなる三次元造形物５００の積層物に熱を加えている。このため、熱処理工程の実行回数を減らすことができ、三次元造形物５００の製造効率（製造速度）を高めることができる。しかしながら、ステップＳ１７０の熱処理工程において層形成工程と溶媒除去工程とが実行されることで得られた１層分の層に熱を加える方法（ステップＳ１６０とステップＳ１７０の順番を入れ替える）としてもよい。

【0053】

また、本実施例の三次元造形物の製造方法では、熱処理工程において、バインダーのガラス転移温度以上の温度の熱を加えるので、溶媒除去工程でバインダーの分布が偏ったとしても、該熱処理工程によりその偏りを特に効果的に低減又は解消できる。したがって、本実施例の三次元造形物の製造方法は、脱脂や焼結を実行する前に三次元造形物５００の積層物内での応力を特に効果的に低減又は解消でき、加熱工程（脱脂や焼結）に伴って三次元造形物の積層物が変形することを特に効果的に抑制することができる。
なお、熱処理工程において加える熱の温度は、バインダーのガラス転移温度＋５℃の温度、或いは、バインダーのガラス転移温度＋１０℃の温度などが好ましく採用できる。

【0054】

さらに、本実施例の三次元造形物の製造方法では、前記熱処理工程において、バインダーの軟化点以下の温度の熱を加えるので、熱処理工程に伴ってバインダーが軟化して三次元造形物５００の積層物が変形することを抑制できる。

【0055】

ここで、構成材料には、各々複数種類の、三次元造形物を構成する粉末、溶剤、バインダーを含有させることができる。
そして、構成材料にバインダーが複数種類含まれていた場合、熱処理工程では、構成材料に含まれるバインダーのうちの最高のガラス転移温度以上の温度の熱を加えることができる。このような温度の熱を加えることで、バインダーが複数種類含まれていた場合でも、バインダーの分布の偏りを特に効果的に低減又は解消できる。
ただし、このような方法に限定されず、例えば、構成材料にバインダーが複数種類含まれていた場合、含有量が最大のバインダーのガラス転移温度以上の温度の熱を加える方法としてもよい。

【0056】

また、本実施例の三次元造形物の製造方法では、溶媒除去工程は、層形成工程が１回行われる毎に実行される方法になっている。溶媒除去工程を１回行う毎に層形成工程が実行されるので、溶媒除去工程に伴うバインダーの分布の偏りを特に効果的に低減できる方法になっている。しかしながら、このような三次元造形物の製造方法に限定されない。

【0057】

以下に、図１３で表される三次元造形物の製造方法とは別の三次元造形物の製造方法（層形成工程が複数回行われてから溶媒除去工程が実行される三次元造形物の製造方法）について、図１４を用いて説明する。
ここで、図１４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って、図１３で表される三次元造形物の製造方法に対してステップＳ１３０（層形成工程）とステップＳ１５０（溶媒除去工程）との間にステップＳ１４０（所定数の層が形成されたか否かを判断する工程）を実行する方法のフローチャートである。ステップＳ１１０からステップＳ１３０までとステップ１５０からステップＳ１８０までのフローは図１３で表される上記三次元造形物の製造方法と同様なので、詳細な説明は省略する。

【0058】

本実施例の三次元造形物の製造方法は、ステップＳ１３０の層形成工程の終了後、ステップＳ１５０の溶媒除去工程に進むまでの間に、ステップＳ１４０で、所定数の層が形成されたか否かを判断する。すなわち、所定数の層が形成されるまで（所定の厚さの積層物となるまで）ステップＳ１３０を繰り返す。

【0059】

別の表現をすると、本実施例の三次元造形物の製造方法は、溶媒除去工程は、層形成工程が複数回行われてから実行される。このように、溶媒除去工程を複数回行ってから層形成工程を実行することで、溶媒除去工程の実行回数を減らすことができ、三次元造形物５００の製造効率（製造速度）を高めることができる。
なお、ステップＳ１４０における所定数（溶媒除去工程が実行されるまでに行われる層形成工程の連続実行回数）は、三次元造形物５００の積層物の形成が完成する数としてもよいが、そのような数に限定されず、２回以上であればよい。

【0060】

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】

【0061】

５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ…構成層構成部、１１０…基台、
１１１…駆動装置、１２０…ステージ、１２１…試料プレート、
１３０…ヘッドベース支持部、３００…支持層、３１０…構成層、
４００…制御ユニット、４１０…ステージコントローラー、
５００…三次元造形物、５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎ…層、
７３０…ヘッドベース支持部、１０００…電磁波照射部、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、
１２３０ａ…吐出ノズル、１２３０ｂ…吐出駆動部、１４００…ヘッドユニット、
１４００ａ…保持治具、
１４０１、１４０２、１４０３及び１４０４…ヘッドユニット、
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、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）、
Ｍ…材料（構成材料、組成物）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】