特開 2024-117649 立体造形方法、及び立体造形物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024117649

(43)【公開日】2024-08-29

(54)【発明の名称】立体造形方法、及び立体造形物

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/135 20170101AFI20240822BHJP

   B29C 64/379 20170101ALI20240822BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240822BHJP

   B33Y 80/00 20150101ALI20240822BHJP

【ＦＩ】

B29C64/135

B29C64/379

B33Y10/00

B33Y80/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023023861

(22)【出願日】2023-02-17

(71)【出願人】

【識別番号】000219314

【氏名又は名称】東レエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096080

【弁理士】

【氏名又は名称】井内 龍二

(74)【代理人】

【識別番号】100194098

【弁理士】

【氏名又は名称】高田 一

(72)【発明者】

【氏名】神村 尊

(72)【発明者】

【氏名】金盛 一

(72)【発明者】

【氏名】津田 雄一郎

【テーマコード（参考）】

4F213

【Ｆターム（参考）】

4F213AA39

4F213AA43

4F213WA25

4F213WB01

4F213WL03

4F213WL13

4F213WL23

4F213WL24

4F213WL32

4F213WL55

4F213WL67

4F213WL87

4F213WW02

4F213WW06

(57)【要約】

【課題】硬化したコア材からシェルを機械加工によらずに容易に分離させることができる立体造形方法を提供すること。
【解決手段】立体造形物の外形を規定するシェルをシェル材を用いて造形するシェル造形工程と、シェルの内側面に囲われた部分であるコア部に液相材料であるコア材を充填するコア材充填工程と、コア部内のコア材を硬化させるコア材硬化工程と、シェルの少なくとも一部を硬化後のコア材から分離させ、コア部の形状に倣った外形を有し、主としてコア材からなる立体造形物を得る分離工程と、を含む立体造形方法であって、シェル造形工程が、シェルの外側面の一部に、分離工程で硬化後のコア材から分離させる起点となる分離起点部を造形する工程を含んでいる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

立体造形物の外形を規定するシェルをシェル材を用いて造形するシェル造形工程と、
前記シェルの内側面に囲われた部分であるコア部に液相材料であるコア材を充填するコア材充填工程と、
前記コア部内の前記コア材を硬化させるコア材硬化工程と、
前記シェルの少なくとも一部を硬化後の前記コア材から分離させ、前記コア部の形状に倣った外形を有し、主として前記コア材からなる立体造形物を得る分離工程と、を含む立体造形方法であって、
前記シェル造形工程が、
前記シェルの外側面の一部に、前記分離工程で前記シェルの少なくとも一部を硬化後の前記コア材から分離させる起点となる分離起点部を造形する工程を含んでいることを特徴とする立体造形方法。

【請求項2】

前記分離起点部が、前記シェルの外側面から外方に向かって延在された延在部を含んでいることを特徴とする請求項１記載の立体造形方法。

【請求項3】

前記シェル造形工程が、
前記延在部と前記シェルとの境界部分に前記シェルの分離を容易にするための薄肉部を有するように前記シェルを造形することを特徴とする請求項２記載の立体造形方法。

【請求項4】

前記シェル造形工程が、
前記延在部と前記シェルとの境界部分に前記延在部を補強するための厚肉部を有するように前記シェルを造形することを特徴とする請求項２記載の立体造形方法。

【請求項5】

前記分離工程が、
前記分離起点部から前記シェルの少なくとも一部を硬化後の前記コア材から分離することを特徴とする請求項１～４のいずれかの項に記載の立体造形方法。

【請求項6】

外殻層を形成するシェルと、該シェルの内側面に囲われた部分であるコア部に硬化コア材とを有する構造を備えた立体造形物であって、
前記シェルの外側面の一部に、前記シェルの少なくとも一部を前記硬化コア材から分離させる起点となる分離起点部を備えていることを特徴とする立体造形物。

【請求項7】

前記分離起点部が、前記シェルの外側面から外方に向かって延在された形状を有する延在部を含んで構成されていることを特徴とする請求項６記載の立体造形物。

【請求項8】

前記延在部と前記シェルとの境界部分に前記硬化コア材から前記シェルの分離を容易にするための薄肉部を備えていることを特徴とする請求項７記載の立体造形物。

【請求項9】

前記延在部と前記シェルとの境界部分に前記延在部を補強するための厚肉部を備えていることを特徴とする請求項７記載の立体造形物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は立体造形方法、及び立体造形物に関し、より詳細には、３Ｄプリンティングなどの付加製造技術を用いて立体造形物を造形する立体造形方法、及び立体造形物に関する。

【背景技術】

【0002】

３Ｄプリンティング技術を用いた製造装置の名称として、広く３Ｄプリンタという言葉が使われている。３Ｄプリンタは、３次元のＣＡＤデータをもとにコンピュータで造形物の断面形状を計算し、該造形物を薄い輪切り状の断面構成要素に分割して、その断面構成要素を種々の方法で形成し、それを積層させて目的とする造形物を造形する立体造形装置である。３Ｄプリンティング技術は、国際的にはＡｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙと同義語として使われる場合が多く、日本語訳として、付加製造技術が用いられている。

【0003】

近年は、３Ｄプリンタで造形した造形物に対しても、実製品の量産前の評価目的で外観だけでなく剛性や強度が要求されるようになり、金属３Ｄプリンタや複合材３Ｄプリンタなどが注目されている。

【0004】

本出願人は、上記した付加製造技術に関連する技術の一つとして、下記の特許文献１記載の立体造形方法を提案している。特許文献１記載の立体造形方法は、造形槽内で複数回のシェルの造形とコア材の充填とを繰り返した後、活性エネルギー線の照射又は熱エネルギーの付与により前記コア材を一括して硬化させることを特徴としている。係る立体造形方法により、前記コア材により造形された部分に積層界面が存在しない、換言すれば、剛性、強度に方向性が無い立体造形物を造形することが可能となった。

【0005】

上記特許文献１記載の立体造形方法（以下この方法をコアシェル方式とも言う。）で立体造形物を得るにあたり、一般には外殻層を形成するシェルと、該シェルの内側の硬化したコア材とを合わせたものを立体造形物と呼んでいる。
［発明が解決しようとする課題］

【0006】

一方で、このコアシェル方式で立体造形物を得るにあたり、立体造形物の一体性が重視されたり、前記シェルの強度が問題視されたりする場合に、硬化した前記コア材から前記シェルの少なくとも一部を分離させて、硬化した前記コア材を主とする立体造形物が求められる場合がある。

【0007】

この場合、前記コア材を硬化させた段階では、硬化した前記コア材と前記シェルとは密着しているため、従来の立体造形方法では、前記コア材を硬化させた後、切削工具を用いて前記シェルを切削するなどして、すなわち機械加工を行って硬化した前記コア材から前記シェルを分離して、硬化した前記コア材を主とする立体造形物を得る工程が必要であった。

【0008】

しかしながら、前記シェルがエポキシ系などの樹脂によって造形されている場合、前記切削工具を用いて前記シェルを切削すると、粉状の削り屑ではなく、粘り気のあるゼリー状の削り屑が排出される。そして、切削加工を進めると、前記ゼリー状の削り屑が前記切削工具の刃と刃の間に入り込んでいき、さらに加工時の切削熱で軟化（溶融）した前記シェルが前記切削工具にまとわりつく現象が生じる。

【0009】

前記ゼリー状の削り屑は粘り気があるためエアブローを行っても前記切削工具から全てを除去することが難しく、このような状態のままで切削加工を続けると、前記切削工具が弾かれるような状態となり、切削がうまくできないばかりか前記切削工具が折れたり欠けたりするおそれが生じる。このように機械加工では、硬化した前記コア材から前記シェルを分離させることが難しいという課題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２０１９―１３６９２３号公報

【発明の概要】

【課題を解決するための手段及びその効果】

【0011】

本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、いわゆるコアシェル方式の立体造形方法において、硬化したコア材からシェルを容易に分離させることができる立体造形方法、及び立体造形物を提供することを目的とする。

【0012】

上記目的を達成するために本発明に係る立体造形方法（１）は、
立体造形物の外形を規定するシェルをシェル材を用いて造形するシェル造形工程と、
前記シェルの内側面に囲われた部分であるコア部に液相材料であるコア材を充填するコア材充填工程と、
前記コア部内の前記コア材を硬化させるコア材硬化工程と、
前記シェルの少なくとも一部を硬化後の前記コア材から分離させ、前記コア部の形状に倣った外形を有し、主として前記コア材からなる立体造形物を得る分離工程と、を含む立体造形方法であって、
前記シェル造形工程が、
前記シェルの外側面の一部に、前記分離工程で硬化後の前記コア材から分離させる起点となる分離起点部を造形する工程を含んでいることを特徴としている。

【0013】

上記立体造形方法（１）によれば、前記シェル造形工程において、前記シェルの外側面の一部に、前記分離工程で硬化後の前記コア材から分離させる起点となる分離起点部が造形される。そのため前記分離工程において、前記分離起点部を硬化後の前記コア材から前記シェルを分離させる起点にして、例えば、手作業によって前記シェルの分離を行うことが可能となり、機械加工を施すことなく硬化後の前記コア材から前記シェルを容易に分離させることができる。

【0014】

また本発明に係る立体造形方法（２）は、上記立体造形方法（１）において、
前記分離起点部が、前記シェルの外側面から外方に向かって延在された延在部を含んでいることを特徴としている。

【0015】

上記立体造形方法（２）によれば、前記分離起点部が、前記シェルの外側面から外方に向かって延在された延在部を含んでいるので、前記分離工程において、前記延在部を硬化後の前記コア材から前記シェルを分離させる起点となる持ち手（掴み代）として機能させることが可能となる。
したがって、例えば作業者が手で前記延在部を持った状態のまま、該延在部と繋がっている部分の前記シェルを硬化後の前記コア材から分離させる方向に前記延在部を動かすことによって、前記延在部と繋がっている部分の前記シェルを前記コア材から容易に分離させることができる。

【0016】

また本発明に係る立体造形方法（３）は、上記立体造形方法（２）において、
前記シェル造形工程が、
前記延在部と前記シェルとの境界部分に前記シェルの分離を容易にするための薄肉部を有するように前記シェルを造形することを特徴としている。

【0017】

上記立体造形方法（３）によれば、前記シェル造形工程において、前記延在部と前記シェルとの境界部分に前記シェルの分離を容易にするための薄肉部を有するように前記シェルが造形される。
したがって、前記シェルが前記境界部分に前記薄肉部を有する構造となり、前記分離工程において、前記延在部と繋がっている部分の前記シェルを硬化後の前記コア材から分離させる方向に前記延在部を動かした際に、前記境界部分の前記シェルをより小さな力で容易に分離することができる。

【0018】

また本発明に係る立体造形方法（４）は、上記立体造形方法（２）において、
前記シェル造形工程が、
前記延在部と前記シェルとの境界部分に前記延在部を補強するための厚肉部を有するように前記シェルを造形することを特徴としている。

【0019】

上記立体造形方法（４）によれば、前記シェル造形工程において、前記延在部と前記シェルとの境界部分に前記延在部を補強するための厚肉部を有するように前記シェルが造形される。
したがって、前記シェルが前記境界部分に前記厚肉部を有する構造となり、前記分離工程において、前記延在部と繋がっている部分の前記シェルを硬化後の前記コア材から分離させる方向に前記延在部を動かした際に、前記境界部分の前記シェルが分離されるより前に、前記延在部が前記境界部分で折れたり、前記延在部の部分だけが前記シェルから分離したりする現象を防止することができる。

【0020】

また本発明に係る立体造形方法（５）は、上記立体造形方法（１）～（４）のいずれかにおいて、
前記分離工程が、前記分離起点部から前記シェルの少なくとも一部を硬化後の前記コア材から分離することを特徴としている。

【0021】

上記立体造形方法（５）によれば、前記分離工程において、前記分離起点部から前記シェルの少なくとも一部を硬化後の前記コア材から分離するので、特に機械加工を実施することなく手作業で前記シェルを硬化後の前記コア材から容易に分離することができる。

【0022】

また本発明に係る立体造形物（１）は、外殻層を形成するシェルと、該シェルの内側面に囲われた部分であるコア部に硬化コア材とを有する構造を備えた立体造形物であって、
前記シェルの外側面の一部に、前記シェルの少なくとも一部を前記硬化コア材から分離させる起点となる分離起点部を備えていることを特徴としている。

【0023】

上記立体造形物（１）によれば、前記分離起点部を前記硬化コア材から前記シェルを分離させる起点にして、例えば、手作業によって前記シェルの分離を行うことが可能となり、機械加工を施すことなく前記硬化コア材から前記シェルを容易に分離させることができる。

【0024】

また本発明に係る立体造形物（２）は、上記立体造形物（１）において、
前記分離起点部が、前記シェルの外側面から外方に向かって延在された形状を有する延在部を含んで構成されていることを特徴としている。

【0025】

上記立体造形物（２）によれば、前記延在部を前記硬化コア材から前記シェルを分離させる起点となる持ち手（掴み代）として機能させることが可能となる。したがって、例えば作業者が手で前記延在部を持った状態のまま、該延在部と繋がっている部分の前記シェルを前記硬化コア材から分離させる方向に前記延在部を動かすことによって、前記延在部と繋がっている部分の前記シェルを前記硬化コア材から容易に分離させることができる。

【0026】

また本発明に係る立体造形物（３）は、上記立体造形物（２）において、
前記延在部と前記シェルとの境界部分に前記硬化コア材から前記シェルの分離を容易にするための薄肉部を備えていることを特徴としている。

【0027】

上記立体造形物（３）によれば、前記延在部と前記シェルとの境界部分に前記薄肉部を備えているので、前記延在部と繋がっている部分の前記シェルを前記硬化コア材から分離させる方向に前記延在部を動かした際に、前記境界部分の前記シェルをより小さな力で容易に分離することができる。

【0028】

また本発明に係る立体造形物（４）は、上記立体造形物（２）において、
前記延在部と前記シェルとの境界部分に前記延在部を補強するための厚肉部を備えていることを特徴としている。

【0029】

上記立体造形物（４）によれば、前記延在部と前記シェルとの境界部分に前記厚肉部を備えているので、前記延在部と繋がっている部分の前記シェルを前記硬化コア材から分離させる方向に前記延在部を動かした際に、前記境界部分の前記シェルが分離されるより前に、前記延在部が前記境界部分で折れたり、前記延在部の部分だけが前記シェルから分離したりする現象を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明の実施の形態に係る立体造形方法に用いる立体造形装置の構成例を示す概略図である。

【図2】実施の形態に係る立体造形方法の一例を説明するための図であり、（ａ）はシェル造形工程を説明するための図であり、（ｂ）はシェル造形工程後のシェルの平面図である。

【図3】実施の形態に係る立体造形方法の一例を説明するための図であり、コア材充填工程を説明するための図である。

【図4】実施の形態に係る立体造形方法におけるコア材硬化工程の一例を説明するための図であり、（ａ）はコア材硬化前、（ｂ）はコア材硬化後の状態を示す断面図である。

【図5】実施の形態に係る立体造形方法における分離工程の一例を説明するための図であり、（ａ）はシェル分離前、（ｂ）、（ｃ）はシェル分離途中、（ｄ）はシェル分離後の状態を示す平面図である。

【図6】別の実施の形態に係る立体造形方法で造形されたコア材硬化工程後の立体造形物の一例を説明するための斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、本発明に係る立体造形方法、及び立体造形物の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、図面に記載しているシェルやコア部の形態などは、本発明の主旨が容易に理解できるように模式的に描かれており、これらの形態に限定されるものではない。

【0032】

図１は、実施の形態に係る立体造形方法に用いる立体造形装置の構成例を示す概略図である。
立体造形装置１０は、複合材３Ｄプリンタとしての機能を備え、造形が行われる造形槽１１、レーザー光学系１２、コア材供給系１３、及び熱硬化手段１６を主たる構成要素としている。

【0033】

造形槽１１内には、シェル材２として、例えば、液相材料である光硬化性樹脂が貯留されており、図示しない光硬化性樹脂調整系により、その液面位置を所定位置に維持、調整可能となっている。シェル材２には、例えば、エポキシ系、アクリル系などの公知の紫外線硬化樹脂などが使用可能である。また、造形槽１１内には造形台１５が設けられている。造形台１５は、造形中の造形物を支持するためのものであり、図示しない駆動機構により図中ｚ軸方向の任意の位置に移動（昇降）かつ設置可能となっている。

【0034】

レーザー光学系１２は、紫外線レーザー光源１２ａ、及び走査光学系１２ｂを備えている。紫外線レーザー光源１２ａから紫外線レーザー光１２ｃが出射され、出射された紫外線レーザー光１２ｃは、走査光学系１２ｂの駆動により、シェル材２の液面上（すなわちｘｙ平面）の所定範囲を走査させることが可能となっている。

【0035】

シェル材２は、活性エネルギー線の一つである紫外線レーザー光１２ｃの照射により、硬化済み紫外線硬化樹脂層３で示すように液面から所定の深さだけ硬化するようになっている。この硬化深度は、紫外線レーザー光源１２ａの出力を調整することにより、ある程度の幅で調整可能となっており、例えば、０．１ｍｍ～０．４ｍｍ程度の範囲で調整されている。

【0036】

したがって、造形台１５上面をシェル材２の液面から所定の硬化深度だけ沈めた深さに位置させ、シェル材２の液面の任意の位置へ紫外線レーザー光１２ｃを照射することにより、造形台１５上に任意の面積の硬化済み紫外線硬化樹脂層３が形成される。そして、造形台１５上に硬化済み紫外線硬化樹脂層３が形成された後、硬化深度分だけ造形台１５を下降させ、シェル材２の液面の任意の位置へ紫外線レーザー光１２ｃを照射することにより、硬化済み紫外線硬化樹脂層３の上に硬化済み紫外線硬化樹脂層３が積層されるようになっている。

【0037】

そして、造形台１５の下降とシェル材２液面への紫外線レーザー光１２ｃの照射とを繰り返し実施することにより、硬化済み紫外線硬化樹脂層３の積層が進行し、３次元形状の硬化済み紫外線硬化樹脂層３を得ることが可能となっている。
本実施の形態では、このようにして造形された造形物をシェル４（図２参照）と呼ぶ。また、このシェル４は、コア材６を充填するための外殻層として機能するものであり、シェル４の内側面に囲われた部分のうち底面を有する部分をコア部５（図２参照）と呼ぶ。

【0038】

コア材供給系１３は、コア材６を内部に貯留するコア材タンク１３ａ中から、ポンプ１３ｂで配管系１３ｃ、１３ｄを順に介して圧送しながらコア材６を供給し、ノズル１４先端からコア材６を吐出する。ノズル１４は図示しないノズル移動機構により、図中ｘｙｚ各方向に移動かつ固定可能となっている。このため配管系１３ｄはノズル１４の移動に追随するようフレキシブルな構造及び材料で構成されている。

【0039】

コア材６は、例えば、エポキシ系、アクリル系など公知の液相材料である熱硬化性樹脂の中に強化材が均一に分散された複合材で構成されている。前記強化材は、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、及びアラミド繊維のうちの少なくとも１つを含む繊維状の強化材でもよいし、シリカ等の無機材料粉などでもよい。コア材６にはシェル材２よりも高比重なものが使用されている。また、コア材６の粘度は、シェル材２の粘度よりも２倍以上であることが好ましい。

【0040】

熱硬化手段１６は、加熱対象を密閉可能なチャンバを有する加熱炉で構成されている。ここでの加熱対象は、造形槽１１から取り出された、コア材６が充填されたシェル４（図４参照）であり、熱硬化手段１６は、その加熱炉内をコア材６の熱硬化温度よりも高い温度まで昇降させることが可能となっている。シェル４は、物性としてガラス転移温度Ｔｇｓを有し、例えば、ガラス転移温度Ｔｇｓはコア材６の熱硬化温度Ｔｐｃよりも低い値となっている。

【0041】

そして、熱硬化手段１６によって、シェル４に充填されているコア材６に熱エネルギーを付与し、コア材６の熱硬化温度Ｔｐｃよりも高い温度まで昇温させて、コア材６の全体を一括して熱硬化させることが可能となっている。

【0042】

この硬化したコア材６を本実施の形態では硬化コア材６ａ（図４参照）と呼び、この硬化コア材６ａが本実施の形態における立体造形物を主として構成する。
コア部５が後に形成される立体造形物における所望の形状を有するようにシェル４が造形され、このコア部５全体にコア材６を充填してからコア材６を熱硬化させることにより、前記所望の形状の立体造形物を得ることが可能となる。
また、本方法によると、硬化コア材６ａには積層界面が存在しないため、剛性、強度に方向性が無い立体造形物を造形することが可能となっている。

【0043】

次に、実施の形態に係る立体造形方法の一例について、図２～５を用いて説明する。
図２（ａ）はシェル造形工程の一場面を示す図であり、図２（ｂ）はシェル造形工程後のシェルの平面図である。
図３は、コア材充填工程の一場面を示す図である。
図４は、コア材硬化工程の一例を説明するための図であり、（ａ）はコア材硬化前、（ｂ）はコア材硬化後の状態を示す断面図である。
図５は、分離工程の一例を説明するための図であり、（ａ）はシェル分離前、（ｂ）、（ｃ）はシェル分離途中、（ｄ）はシェル分離後の状態を示す平面図である。

【0044】

実施の形態に係る立体造形方法では、最初に立体造形装置１０によってシェル４の造形、造形されたシェル４内へのコア材６の充填が行われる。
具体的には、まず、図２（ａ）に示すように、ノズル１４が紫外線レーザー光１２ｃの照射範囲から退避した状態において、造形台１５上のシェル材２の液面の任意の位置への紫外線レーザー光１２ｃの照射、及び硬化深度分の造形台１５の降下が交互に行われる。この動作により、所望の形状のコア部５を有するシェル４が造形されていく。上記のようにしてシェル４を造形する工程をシェル造形工程という。

【0045】

また、本実施の形態では、シェル造形工程が、シェル４の外側面の一部に、コア材硬化工程後に行う分離工程で硬化コア材６ａ(図４、５参照)から分離させる起点となる分離起点部４ａを造形する工程を含んでいることを特徴の一つとしている。

【0046】

また、本実施の形態では、分離起点部４ａが、シェル４の外側面から外方に向かって延在された延在部４ｂを含んでいることを特徴の一つとしている。
図２（ａ）、（ｂ）に示すシェル４は上面に開口を有する有底箱形状に造形され、延在部４ｂはシェル４の一外側面の一縁部から外方に向かって延在された板形状に造形されている。延在部４ｂは、シェル４を造形する上記動作と同様の動作により造形することが可能となっている。なお、延在部４ｂは、シェル４の外周面の２カ所以上に造形されてもよい。

【0047】

さらに、本実施の形態では、シェル造形工程が、延在部４ｂとシェル４との境界部分にシェル４の分離を容易にするための薄肉部４ｃを有するようにシェル４を造形することを特徴の一つとしている。
シェル造形工程では、シェル４の厚さが、例えば３ｍｍ程度の厚さを有し、薄肉部４ｃが、これよりも薄い、例えば、１ｍｍ前後の厚さを有する形態に造形することが可能となっている。なお、シェル４の厚さは、コア材硬化工程において容易に変形しない厚さに設計されている。

【0048】

さらに、本実施の形態では、シェル造形工程が、延在部４ｂとシェル４との境界部分に延在部４ｂを補強するための厚肉部４ｄを有するようにシェル４を造形することを特徴の一つとしている。
図２（ｂ）に示す厚肉部４ｄは角錐台形状を有しているが、厚肉部４ｄの形状はこれに限定されることなく、延在部４ｂが補強できる形状であればよい。

【0049】

次に、図３に示すようにシェル４内に形成されたコア部５内へノズル１４が移動し、ノズル１４からコア部５へコア材６が吐出されることにより、コア部５内へのコア材６の充填が進行する。上記のようにしてシェル４の内側面に囲われた部分であるコア部５へコア材６を充填する工程をコア材充填工程という。

【0050】

本実施の形態では、コア材充填工程は、シェル４が造形槽１１内のシェル材２に浸漬した状態で実施され、コア材６の充填前には、図２（ａ）に示すようにコア部５にシェル材２が存在する。そして、シェル材２より比重が大きいコア材６がコア部５に充填されていくにしたがって、コア部５内のシェル材２は押し上げられ、図３に示すように、シェル４の上部に設けられた開口を経てコア部５からシェル４の外部へシェル材２が押し出されて、シェル材２からコア材６への置換が行われる。

【0051】

なお、上記のシェル造形工程、及びコア材充填工程は交互に複数回ずつ実施されてもよい。すなわち、所定の高さまでシェル４（薄肉部４ｃ、厚肉部４ｄを含む）及び延在部４ｂを造形し、そのシェル４によって形成されるコア部５にコア材６を充填した後、さらにシェル４及び延在部４ｂを増築し、そして増築されたシェル４によって新たに形成されたコア部５にコア材６を充填する、という工程を繰り返し行っても良い。このようにシェル４の造形を複数回に分割することで、特にコア部５が複雑な形状（例えば、狭い、細い、薄い、など）を有する場合にも、段階的にコア材６を充填することによってコア部５の隅々までコア材６を充填することが可能となる。なお、上記シェル造形工程およびコア材充填工程は、通常室温（例えば、２０℃～３０℃）環境下にて実施される。

【0052】

そして、コア材充填工程が完了すると、次に造形槽１１内にある造形台１５をシェル材２の液面よりも上に上昇させて、造形台１５からコア材６が充填されたシェル４を取り外し、次のコア材硬化工程に進む。

【0053】

コア材硬化工程では、図４（ａ）に示すように、コア材６が充填されたシェル４を熱硬化手段１６に投入して、コア材６の熱硬化処理を開始する。
すなわち、コア材６が充填されたシェル４を熱硬化手段１６内に載置し、熱硬化手段１６内をコア材６の熱硬化温度Ｔｐｃよりも高い温度まで上昇させることにより、シェル４及びコア材６が加熱されて、コア材６の硬化が開始、進行する。そこから所定時間経過するとコア材６全体の硬化が完了して、図４（ｂ）に示すように、コア部５に硬化コア材６ａが形成され、いわゆる、コアシェル構造を備えた立体造形物が形成される。

【0054】

なお、コア部５に充填されたコア材６全体を積層界面が存在しないように硬化させるためには、本実施の形態のようにコア材６として熱硬化性樹脂からなる材料を使用し、コア材硬化工程では、熱エネルギーの付与によるコア材６の硬化を実施することが好ましい。

【0055】

コア材硬化工程が完了した後、熱硬化手段１６内からコアシェル構造を備えた立体造形物を取り出し、次の分離工程に進む。コア材硬化工程後の立体造形物は、外殻層を形成するシェル４と、シェル４の内側面に囲われた部分であるコア部５に硬化コア材６ａとを有するコアシェル構造を備え、シェル４の外側面の一部に分離起点部４ａとなる延在部４ｂを備え、さらに、延在部４ｂとシェル４との境界部分に薄肉部４ｃと厚肉部４ｄとを備えている。
この分離工程は、分離起点部４ａを起点にして、延在部４ｂとともにシェル４の少なくとも一部を硬化コア材６ａから分離させる工程である。

【0056】

分離工程では、図５（ａ）に示すように、作業者が指２０又はペンチなどの工具で延在部４ｂを持った状態のまま、延在部４ｂと繋がっている部分のシェル４を硬化コア材６ａから分離させる方向（図中の矢印方向）に延在部４ｂを移動させる。
そうすると、図５（ｂ）に示すように、シェル４の薄肉部４ｃの部分が破断されるとともに、延在部４ｂと繋がっている部分のシェル４が硬化コア材６ａから分離されてゆき、ある程度の面積だけ分離された時点でシェル４が破断し、シェル４に破断部４ｅが形成される。

【0057】

なお、延在部４ｂの根元部分（シェル４と延在部４ｂとの境界部分）に厚肉部４ｄが形成されているので、延在部４ｂを図中の矢印方向に動かした際に、延在部４ｂが根元部分で折れたりすることを防止できる。

【0058】

そして、シェル４の内側面と硬化コア材６ａの外側面とは互いに密着している状態であるが、互いに接着されていない状態となっており、シェル４に形成された破断部４ｅを起点にして、シェル４に物理的な力を加えることにより、手作業でシェル４の分離を継続して行うことが可能となっている。

【0059】

すなわち、図５（ｃ）に示すように、シェル４の破断部４ｅの部分から、作業者の指２０等でシェル４を硬化コア材６ａから分離させる方向（図中の矢印方向）に力を加えると、シェル４が硬化コア材６ａから分離されてゆき、ある程度の面積だけ分離された時点でシェル４が破断し、破断片４ｆが形成され、シェル４に次の破断部４ｅが形成される。
この操作を繰り返すことによって、シェル４を硬化コア材６ａから順次分離させていくことができ、図５（ｄ）に示すように、コア部５の形状に倣った形状を有する硬化コア材６ａからなる立体造形物１が得られる。

【0060】

なお、図５（ｄ）に示す例では、シェル４が全て分離されて硬化コア材６ａのみからなる立体造形物１が得られているが、これに限らず、シェル４の一部が残され、この一部のシェル４と硬化コア材６ａとを合わせたものを立体造形物１と呼んでもよい。
この分離工程は、室温（例えば、２０℃～３０℃）環境下にて実施可能であるが、シェル４は軟化するが、硬化コア材６ａは軟化せずに硬い状態を維持できる温度環境下に所定時間放置した後に実施するようにしてもよい。

【0061】

上記実施の形態に係る立体造形方法によれば、シェル造形工程において、シェル４の外側面の一部に、分離工程で硬化コア材６ａから分離させる起点となる分離起点部４ａが造形され、分離起点部４ａが、シェル４の外側面から外方に向かって延在された延在部４ｂを含んで構成されている。そのため分離工程において、延在部４ｂを硬化コア材６ａからシェル４を分離させる起点となる持ち手（掴み代）として機能させることが可能となる。
したがって、作業者が指２０等で延在部４ｂを持った状態で、延在部４ｂと繋がっている部分のシェル４を硬化コア材６ａから分離させる方向に延在部４ｂを動かすことによって、特に機械加工を施すことなく手作業で硬化コア材６ａからシェル４を容易に分離させることができる。

【0062】

また、実施の形態に係る立体造形方法によれば、シェル造形工程において、延在部４ｂとシェル４との境界部分にシェル４の分離を容易にするための薄肉部４ｃを有するようにシェル４が造形される。
したがって、シェル４が前記境界部分に薄肉部４ｃを有する構造となり、分離工程において、延在部４ｂと繋がっている部分のシェル４を硬化コア材６ａから分離させる方向に延在部４ｂを動かした際に、前記境界部分のシェル４をより小さな力で分離することができる。

【0063】

また、実施の形態に係る立体造形方法によれば、シェル造形工程において、延在部４ｂとシェル４との境界部分に延在部４ｂを補強するための厚肉部４ｄを有するようにシェル４が造形される。
したがって、シェル４が前記境界部分に厚肉部４ｄを有する構造となり、分離工程において、延在部４ｂと繋がっている部分のシェル４を硬化コア材６ａから分離させる方向に延在部４ｂを動かした際に、前記境界部分のシェル４が分離されるより前に、延在部４ｂが前記境界部分で折れたりする現象を防止することができる。

【0064】

なお、上記実施の形態では、シェル造形工程において、分離起点部４ａとしての延在部４ｂと、延在部４ｂの根元部分のシェル４に薄肉部４ｃ及び厚肉部４ｄとが造形される形態について説明した。
別の実施の形態では、シェル造形工程において、分離起点部４ａとしての延在部４ｂと、延在部４ｂの根元部分のシェル４に薄肉部４ｃとが造形される形態としてもよい。また、さらに別の実施の形態では、シェル造形工程において、分離起点部４ａとしての延在部４ｂと、延在部４ｂの根元部分のシェル４に厚肉部４ｄとが造形される形態としてもよいし、分離起点部４ａとしての延在部４ｂが造形されるだけの形態としてもよい。なお、延在部４ｂの形態は、図２～図５に示した形態に限定されるものではなく、種々の形態に変更することが可能である。

【0065】

図６は、別の実施の形態に係る立体造形方法で造形されたコア材硬化工程後の立体造形物の一例を説明するための斜視図である。なお、図５に示したコア材硬化工程後の立体造形物の各部と同一機能を有する構成部分には、同一符号を付しその説明を省略する。

【0066】

図６に示したコア材硬化工程後の立体造形物では、有底箱形状をしたシェル４の一外側面の四隅に分離起点部４ａとしての延在部４ｂが形成され、シェル４の前記一側面の両側に薄肉部４ｃが形成されている。
また、シェル４の前記一側面と直交する両側面に薄肉部４ｈが形成されている。薄肉部４ｈは、前記両側面の高さ方向の中央部分が内側にくびれた形状に形成されている。

【0067】

延在部４ｂは、シェル４の前記一外側面の一縁部側の上部から外方に向かって延在された断面略三角形状をした棒状に形成されている。

【0068】

分離工程では、作業者が指２０（図５参照）又はペンチなどの工具で延在部４ｂを持った状態のまま、延在部４ｂと繋がっている部分のシェル４を硬化コア材６ａから分離させる方向に延在部４ｂをそれぞれ動かす。
そうすると、シェル４の薄肉部４ｃの部分が破断されるとともに、延在部４ｂと繋がっている部分のシェル４が硬化コア材６ａから分離されてゆき、ある程度の面積だけ分離された時点でシェル４が破断し、シェル４に破断部がそれぞれ形成される。

【0069】

そして、シェル４の前記破断部の部分から、作業者の指２０等でシェル４を硬化コア材６ａから分離させる方向に力を加えると、シェル４が硬化コア材６ａから分離されてゆき、図５で示したようにシェル４に次の破断部４ｅが形成される。

【0070】

この操作を繰り返すことによって、シェル４を硬化コア材６ａから順次分離させていくことができ、図５（ｄ）に示したようなコア部５の形状に倣った形状を有する硬化コア材６ａからなる立体造形物１が得られる。図６に示した形態によれば、シェル４の外側面に延在部４ｂを形成することにより、分離工程での分離作業の効率を高めることができる。

【0071】

本発明は、以上の実施の形態に限定されるものではなく、上記したシェル造形工程において造形される分離起点部の形態、延在部の形態は種々の変更が可能であり、また、延在部とシェルとの境界部分に造形される薄肉部や肉厚部の形状も種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。

【0072】

なお、上記実施の形態では、分離起点部４ａを含むシェル４の造形に用いられるシェル材２が液相材料である場合について説明したが、シェル４の造形は、液相材料を硬化させる方法（液相重合法）に限定されるものではなく、たとえば熱溶解積層方式（Ｆｕｓｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ、ＦＤＭ）等の他の付加製造の方法などが適用されてもよい。
また、コア材６はコア部５に充填後一度に硬化させることが可能であれば、熱硬化性樹脂に限らずたとえば光硬化性樹脂などから構成されていても構わない。

【0073】

本発明は、３Ｄプリンタなどの付加製造技術の分野において広く適用可能であり、係る分野に本発明を適用することにより、例えば、自動車、航空機、ロボットなどの各種産業機器に用いられる部品、介護用品、スポーツ用品など、特に、軽量且つ高強度が要求される部品、製品の試作のみならず、量産化を実現することが可能となる。

【符号の説明】

【0074】

１ 立体造形物
２ シェル材
３ 硬化済み紫外線硬化樹脂層
４ シェル
４ａ 分離起点部
４ｂ 延在部
４ｃ、４ｈ 薄肉部
４ｄ 厚肉部
４ｅ 破断部
４ｆ 破断片
５ コア部
６ コア材
６ａ 硬化コア材
１０ 立体造形装置
１１ 造形槽
１２ レーザー光学系
１２ａ 紫外線レーザー光源
１２ｂ 走査光学系
１２ｃ 紫外線レーザー光
１３ コア材供給系
１３ａ コア材タンク
１３ｂ ポンプ
１３ｃ、１３ｄ 配管系
１４ ノズル
１５ 造形台
１６ 熱硬化手段
２０ 指

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】