特許 7159777 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】

(24)【登録日】2022-10-17

(45)【発行日】2022-10-25

(54)【発明の名称】三次元造形物の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/118 20170101AFI20221018BHJP

   B22F 10/18 20210101ALI20221018BHJP

   B22F 10/85 20210101ALI20221018BHJP

   B22F 12/13 20210101ALI20221018BHJP

   B22F 12/53 20210101ALI20221018BHJP

   B22F 12/55 20210101ALI20221018BHJP

   B29C 64/209 20170101ALI20221018BHJP

   B29C 64/336 20170101ALI20221018BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20221018BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20221018BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20221018BHJP

【ＦＩ】

B29C64/118

B22F10/18

B22F10/85

B22F12/13

B22F12/53

B22F12/55

B29C64/209

B29C64/336

B29C64/393

B33Y10/00

B33Y50/02

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018194487

(22)【出願日】2018-10-15

(65)【公開番号】P2020062761

(43)【公開日】2020-04-23

【審査請求日】2021-07-12

【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

【審査官】▲高▼村 憲司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０８６８２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２６６２４４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／００７０４６１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／０３８９８５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－０７５３６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００８－５３８３２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６４／００－６４／４０

Ｂ２２Ｆ １／００－１２／９０

Ｂ２３Ｋ ９／００－ ９／３２

１０／００－１０／０２

Ｂ３３Ｙ １０／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流動性の構成材料を用いてユニット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であって、
第１の厚さの第１層が積層される第１ユニット層を形成した後に、前記第１の厚さよりも厚い第２の厚さの第２層からなる第２ユニット層を前記第１ユニット層と隣接して形成することでユニット層を形成するユニット層形成工程を有し、前記ユニット層形成工程を複数回実行して前記ユニット層を積層し、
前記ユニット層形成工程は、前記ユニット層を積層する積層方向において前記第１ユニット層と前記第２ユニット層とを互い違いに配置する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、
前記ユニット層形成工程において、前記第１ユニット層の形成時における前記第１ユニット層の構成材料の粘度は、前記第２ユニット層の形成時における前記第２ユニット層の構成材料の粘度よりも高い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２に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記ユニット層形成工程は、前記第１ユニット層の構成材料と前記第２ユニット層の構成材料とを射出部から射出させることで前記ユニット層を形成し、
前記ユニット層形成工程において、前記第１ユニット層の形成時における前記第１ユニット層の構成材料の射出温度は、前記第２ユニット層の形成時における前記第２ユニット層の構成材料の射出温度よりも低い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２に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記第１ユニット層の構成材料と前記第２ユニット層の構成材料とは異な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１から４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、
前記ユニット層形成工程は、前記第１ユニット層の構成材料と前記第２ユニット層の構成材料とを同一の射出部から射出させることで前記ユニット層を形成する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１から５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、
前記ユニット層形成工程は、前記三次元造形物の表面を構成する部分に前記第１ユニット層を配置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１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、
前記ユニット層形成工程において、前記第１ユニット層の形成時における前記第１ユニット層の構成材料の粘度は、前記第２ユニット層の形成時における前記第２ユニット層の構成材料の粘度よりも高く、
前記ユニット層形成工程は、前記第１ユニット層の構成材料と前記第２ユニット層の構成材料とを射出部から射出させることで前記ユニット層を形成し、
前記ユニット層形成工程において、前記第１ユニット層の形成時における前記第１ユニット層の構成材料の射出温度は、前記第２ユニット層の形成時における前記第２ユニット層の構成材料の射出温度よりも低い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の製造方法が使用されている。このうち、流動性の構成材料を用いて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、複数のノズルを使用して流動性の構成材料を堆積させることで層としてのビーズを形成し、該ビーズ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開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２０１７－５２３０６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

流動性の構成材料を用いて層を積層して三次元造形物を製造する従来の三次元造形物の製造方法においては、流動性の構成材料は表面張力により断面形状が丸まるように力が働くため、射出部から射出された流動性の構成材料は、断面が円形や楕円形に近い状態で配置される場合がある。断面の形状は１層あたりの厚みに影響され、１層あたりの厚みを小さくしていくと、射出された流動性の構成材料は四角形に近づいていく。流動性の構成材料の１層あたりの厚みを大きくして層を形成すると、該流動性の構成材料が円形や楕円形に近い状態で配置されることに伴い、流動性の構成材料の隣接配置部分に空隙が生じる場合がある。流動性の構成材料の隣接配置部分に空隙が生じると、三次元造形物の密度が低下する。また、流動性の構成材料の１層あたりの厚みを小さくして層を形成すると、当然、三次元造形物の製造時間が長くなる。

【0005】

なお、特許文献１に開示される三次元造形物の製造方法においては、複数のノズルを使用して各々のノズルからの構成材料の流量を異ならせることで１層分のビーズにおいて厚さの異なる部分を同時に形成可能である。しかしながら、流動性の構成材料の隣接配置部分に空隙が生じることを抑制できる構成にはなっていない。

【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三次元造形物の製造方法は、流動性の構成材料を用いてユニット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であって、第１の厚さの第１層が積層される第１ユニット層を形成した後に、前記第１の厚さよりも厚い第２の厚さの第２層からなる第２ユニット層を前記第１ユニット層と隣接して形成することでユニット層を形成するユニット層形成工程を有し、前記ユニット層形成工程を複数回実行して前記ユニット層を積層することを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【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表す概略構成図。

【図2】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フラットスクリューを表す概略図。

【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フラットスクリューに構成材料が充填されている状態を表す概略図。

【図4】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バレルを表す概略図。

【図5】本発明の一の実施形態に係る三次元属造形物の製造方法のフローチャート。

【図6】本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造方法における第１ユニット層の形成後であって第２ユニット層の形成前のユニット層の状態を説明するための概略図。

【図7】本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造方法における第２ユニット層の形成後のユニット層の状態を説明するための概略図。

【図8】本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造方法における２層分のユニット層で形成される三次元造形物を説明するための概略図。

【図9】従来の三次元造形物の製造方法におけるユニット層を説明するための概略図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

最初に、本発明について概略的に説明する。
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、流動性の構成材料を用いてユニット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であって、第１の厚さの第１層が積層される第１ユニット層を形成した後に、前記第１の厚さよりも厚い第２の厚さの第２層からなる第２ユニット層を前記第１ユニット層と隣接して形成することでユニット層を形成するユニット層形成工程を有し、前記ユニット層形成工程を複数回実行して前記ユニット層を積層することを特徴とする。

【0009】

本態様によれば、第１層が積層される第１ユニット層を形成した後に、第１の厚さよりも厚い第２の厚さの第２層からなる第２ユニット層を第１ユニット層と隣接して形成することでユニット層を形成する。第１層を積層することで第１ユニット層における第２ユニット層との接触部には凸凹が形成され、該接触部は第２ユニット層の構成材料との接触性が良くなる。このため、薄い複数の層からなる第１ユニット層と厚い第２ユニット層とを隣接させることで、厚い層を隣接させることで生じ得る空隙を抑制でき、薄い層のみでユニット層を形成する場合よりも三次元造形物の製造時間を短縮できる。

【0010】

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、前記ユニット層形成工程は、前記第１ユニット層の構成材料と前記第２ユニット層の構成材料とを同一の射出部から射出させることで前記ユニット層を形成することを特徴とする。

【0011】

本態様によれば、第１ユニット層の構成材料と第２ユニット層の構成材料とを同一の射出部から射出させることでユニット層を形成するので、複数の射出部を必要とせず、簡単な構成で安価な三次元造形物の製造装置で三次元造形物を製造できる。

【0012】

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、前記ユニット層形成工程は、前記三次元造形物の表面を構成する部分に前記第１ユニット層を配置することを特徴とする。

【0013】

本態様によれば、三次元造形物の表面を構成する部分に記第１ユニット層を配置するので、三次元造形物の表面を緻密に形成でき、三次元造形物の密度を高くすることができる。

【0014】

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、前記ユニット層形成工程において、前記第１ユニット層の形成時における前記第１ユニット層の構成材料の粘度は、前記第２ユニット層の形成時における前記第２ユニット層の構成材料の粘度よりも高いことを特徴とする。

【0015】

本態様によれば、第１ユニット層の形成時における第１ユニット層の構成材料の粘度は、第２ユニット層の形成時における第２ユニット層の構成材料の粘度よりも高い。すなわち、粘度が低く接触性の良い第２ユニット層の構成材料を第１ユニット層に隣接して配置させることにより、第１ユニット層と第２ユニット層との隣接部分に空隙が生じることを効果的に抑制できる。

【0016】

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、前記ユニット層形成工程は、前記第１ユニット層の構成材料と前記第２ユニット層の構成材料とを射出部から射出させることで前記ユニット層を形成し、前記ユニット層形成工程において、前記第１ユニット層の形成時における前記第１ユニット層の構成材料の射出温度は、前記第２ユニット層の形成時における前記第２ユニット層の構成材料の射出温度よりも高いことを特徴とする。

【0017】

射出温度を高くすることで粘度を低くすることができる。本態様によれば、第１ユニット層の形成時における第１ユニット層の構成材料の射出温度は、第２ユニット層の形成時における第２ユニット層の構成材料の射出温度よりも高い。このため、例えば、第１ユニット層の構成材料と第２ユニット層の構成材料とを同一にしつつ、第１ユニット層と第２ユニット層との隣接部分に空隙が生じることを効果的に抑制できる。

【0018】

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の態様において、前記第１ユニット層の構成材料と前記第２ユニット層の構成材料とは異なることを特徴とする。

【0019】

本態様によれば、第１ユニット層の構成材料と第２ユニット層の構成材料とは異なる。すなわち、第２ユニット層の構成材料の粘度を第１ユニット層の構成材料の粘度よりも低くすることができる。このため、例えば、第１ユニット層の構成材料の射出温度と第２ユニット層の構成材料の射出温度とを変えることのできない簡単な構成の三次元造形物の製造装置を用いて、第１ユニット層と第２ユニット層との隣接部分に空隙が生じることを効果的に抑制できる。

【0020】

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１から第６のいずれか１つの態様において、前記ユニット層形成工程は、前記ユニット層を積層する積層方向において前記第１ユニット層と前記第２ユニット層とを互い違いに配置することを特徴とする。

【0021】

本態様によれば、ユニット層を積層する積層方向において第１ユニット層と第２ユニット層とを互い違いに配置する。このため、三次元造形物を組成に偏りがないように製造できる。

【0022】

以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
最初に、本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置１の概要について図１から図４を参照して説明する。
ここで、図中のＸ方向は水平方向であり、Ｙ方向は水平方向であるとともにＸ方向と直交する方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。

【0023】

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、例えば１層分の層で構成される形状のように、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。

【0024】

図１で表されるように、本実施形態の三次元造形物の製造装置１は、三次元造形物を構成する構成材料としてのペレット１９を収容するホッパー２を備えている。ホッパー２に収容されたペレット１９は、供給管３を介して、略円柱状のフラットスクリュー４の円周面４ａに供給される。なお、本実施形態の三次元造形物の製造装置１において使用する構成材料は、金属粉末と樹脂製のバインダーとを含んでいる。ただし、使用する構成材料の種類に特に限定はなく、流動性を有する状態にできるものであればよい。

【0025】

図２で表されるように、フラットスクリュー４の底面には、円周面４ａから中央部分４ｃまで至る螺旋状の切欠き４ｂが形成されている。このため、フラットスクリュー４を図１で表されるモーター６でＺ方向に沿う方向を回転軸として回転させることにより、図３で表されるように、ペレット１９が円周面４ａから中央部分４ｃまで送られる。

【0026】

図１で表されるように、フラットスクリュー４の底面と対向する位置には、バレル５が所定の間隔を有して設けられている。そして、バレル５の上面近傍には、ヒーター７及びヒーター８が設けられている。フラットスクリュー４とバレル５とがこのような構成をしていることにより、フラットスクリュー４を回転させることで、フラットスクリュー４の底面とバレル５の上面との間に形成される切欠き４ｂによる空間部分２０にペレット１９は供給され、円周面４ａから中央部分４ｃに移動する。なお、ペレット１９が切欠き４ｂによる空間部分２０を移動する際、ペレット１９は、ヒーター７及びヒーター８の熱により溶融し可塑化され、また、狭い空間部分２０を移動することに伴う圧力で加圧される。こうして、ペレット１９が可塑化されることで、流動性の構成材料がノズル１０ａから射出される。なお、本明細書において「流動性の構成材料」とは、常温で流動性を有するもののほか、ペレット１９のように常温では固体であるが加熱などすることで流動性を有する状態にできるものも含む意味である。また、ペレット１９を構成する複数の原材料の全てが溶融しなくても、その一部の原材料が溶融し流動性を有すれば良い。具体的には、金属粒子材料と熱可塑性樹脂とワックスが混練されたペレット材料が使用できる。

【0027】

＜金属粒子材料の例＞
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）の単一の金属、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、ステンレス鋼、コバルトクロムモリブデン鋼、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。
＜熱可塑性材料の例＞
ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）。

【0028】

図１及び図４で表されるように、平面視でバレル５の中央部分には、溶融したペレット１９である構成材料の移動経路５ａが形成されている。図１で表されるように、移動経路５ａは、構成材料を射出する射出部１０のノズル１０ａと繋がっている。なお、図４で表されるように、バレル５の上面には移動経路５ａに繋がる溝５ｂが複数形成されており、構成材料が移動経路５ａに向かって集まり易くなっている。

【0029】

射出部１０は、流体状態の構成材料をノズル１０ａから連続的に射出することが可能な構成になっている。なお、図１で表されるように、射出部１０には、構成材料を所望の粘度にするためのヒーター９が設けられている。射出部１０から射出される構成材料は、線形の形状で射出される。そして、射出部１０から線状に構成材料を射出することで構成材料の層であるユニット層を形成する。なお、図５から図９を用いて詳細は後述するが、本実施形態の三次元造形物の製造装置１で形成可能なユニット層Ｕは、第１の厚さＬ１の複数の第１層２３が積層される第１ユニット層Ｕ１と、第１の厚さＬ１よりも厚い第２の厚さＬ２の１層分の第２層２４からなる第２ユニット層Ｕ２とがある。

【0030】

本実施形態の三次元造形物の製造装置１では、ホッパー２、供給管３、フラットスクリュー４、バレル５、モーター６及び射出部１０などで射出ユニット２１を形成している。なお、本実施形態の三次元造形物の製造装置１は、構成材料を射出する射出ユニット２１を１つ備える構成であるが、構成材料を射出する射出ユニット２１を複数備える構成としてもよいし、支持材料を射出する射出ユニット２１を備えていてもよい。ここで、支持材料とは、構成材料のユニット層Ｕを支持するための支持材料のユニット層を形成するための材料である。

【0031】

また、図１で表されるように、本実施形態の三次元造形物の製造装置１は、射出ユニット２１から射出されることで形成されるユニット層Ｕを載置するためのステージユニット２２を備えている。ステージユニット２２は、実際にユニット層Ｕが載置されるプレート１１を備えている。また、ステージユニット２２は、プレート１１が載置され、第１駆動部１５を駆動することによりＹ方向に沿って位置を変更可能な第１ステージ１２を備えている。また、ステージユニット２２は、第１ステージ１２が載置され、第２駆動部１６を駆動することによりＸ方向に沿って位置を変更可能な第２ステージ１３を備えている。そして、ステージユニット２２は、第３駆動部１７を駆動することによりＺ方向に沿って第２ステージ１３の位置を変更可能な基体部１４を備えている。

【0032】

また、図１で表されるように、本実施形態の三次元造形物の製造装置１は、射出ユニット２１の各種駆動及びステージユニット２２の各種駆動を制御する、制御ユニット１８と電気的に接続されている。

【0033】

次に、本実施形態の三次元造形物の製造装置１を用いて行う三次元造形物の製造方法について、図５のフローチャート、並びに、図６から図９のユニット層Ｕの形成図を用いて説明する。

【0034】

本実施例の三次元造形物の製造方法においては、最初に、図５のフローチャートで表されるように、ステップＳ１１０で、製造する三次元造形物の造形データを入力する。三次元造形物の造形データの入力元に特に限定はないが、ＰＣなどを用いて造形データを三次元造形物の製造装置１に入力できる。

【0035】

次に、ステップＳ１２０で、ステップＳ１１０で入力した造形データに基づいて、第１の厚さＬ１の複数の第１層２３が積層される第１ユニット層Ｕ１を形成する。なお、図６は、本ステップ１２０により第１ユニット層Ｕ１が形成された状態を表している。本実施例においては４層分の第１層２３で第１ユニット層Ｕ１を形成しているが、第１ユニット層Ｕ１における第１層２３の積層数に特に限定はない。

【0036】

ここで、図６で表されるように、流動性の構成材料は、表面張力により表面積が小さくなるように、すなわち、断面形状が丸まるように力が働く。このため、第１層２３は全体的に多少丸みを帯びているが層厚を薄くしていることで第１層２３の全体的な丸みは軽減されている。ただし、各第１層２３の端部は多少丸みを帯びている。そして、各第１層２３の端部が多少丸みを帯びていることで、第１ユニット層Ｕ１における第２ユニット層Ｕ２との接触部２３ａは、凸凹となっている。

【0037】

次に、ステップＳ１３０で、ステップＳ１１０で入力した造形データに基づいて、第１の厚さＬ１よりも厚い第２の厚さＬ２の第２層２４からなる第２ユニット層Ｕ２を第１ユニット層Ｕ１と隣接して形成する。なお、図７は、本ステップ１３０により第１ユニット層Ｕ１の形成後に第２ユニット層Ｕ２が形成された状態を表している。

【0038】

ここで、上記のように、ステップＳ１２０で形成した各第１層２３の端部は多少丸みを帯びている。そして、各第１層２３の端部が多少丸みを帯びていることで、図６で表されるように、第１ユニット層Ｕ１における第２ユニット層Ｕ２との接触部２３ａは、凸凹となっている。接触部２３ａが凸凹となっていることで、第２層２４は第１層２３における接触部２３ａとの接触性が良くなり、図７で表されるように、第１ユニット層Ｕ１と第２ユニット層Ｕ２との間にできる空隙Ｓの発生を抑制している。

【0039】

ここで、図９は、従来の三次元造形物の製造方法でユニット層Ｕを形成した状態を表しており、具体的には、第２層２４のみでユニット層Ｕを形成した状態を表している。図７と図９とを比較すると明らかなように、本実施例の三次元造形物の製造方法において形成したユニット層Ｕにおける空隙Ｓ１は、従来の三次元造形物の製造方法において形成したユニット層Ｕにおける空隙Ｓ２よりも明らかに小さくなっている。

【0040】

次に、ステップＳ１４０で、ステップＳ１１０で入力した造形データに基づくユニット層Ｕ、すなわち第１ユニット層Ｕ１及び第２ユニット層Ｕ２の形成が終了したかどうかを判断する。ユニット層Ｕの形成が終了していないと判断した場合、すなわち、さらにユニット層Ｕを積層すると判断した場合は、ステップＳ１２０に戻り、次のユニット層Ｕを形成する。ここで、図８は、１層目のユニット層Ｕを形成した後、ステップＳ１４０でさらにユニット層Ｕを積層すると判断し、ステップＳ１２０に戻り、２層目のユニット層Ｕを形成した状態を表している。なお、図８は、２層分のユニット層Ｕで構成される三次元造形物の一例を表しているが、本実施例の三次元造形物の製造方法において製造される三次元造形物は、３層以上のユニット層Ｕで構成される三次元造形物であってもよいのは言うまでもない。３層以上ユニット層Ｕを積層する場合は、積層する数に応じてステップＳ１２０からステップＳ１４０を繰り返す。

【0041】

一方、ユニット層Ｕの形成が終了したと判断した場合、本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。上記のことから、本ステップＳ１４０は、ステップＳ１２０とステップＳ１３０とからなるユニット層形成工程を、ステップＳ１１０で入力した造形データに基づいて何層分実行させるかを判断する判断工程に対応する。

【0042】

なお、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、ノズル１０ａの内径を２００μｍ、第１層２３の厚さである第１の厚さＬ１を５０μｍ、第２層２４の厚さである第２の厚さＬ２を２００μｍ、としてユニット層Ｕを形成したが、これらの値に特に限定はない。また、ノズル１０ａから射出される第１層２３のライン幅は約０．３０ｍｍ、ノズル１０ａから射出される第２層２４のライン幅は約０．３８ｍｍ、であったが、これらの値も特に限定はない。

【0043】

ここで、一旦まとめると、本実施例の三次元造形物の製造方法は、流動性の構成材料を用いてユニット層Ｕ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である。そして、ステップＳ１２０で第１の厚さＬ１の複数の第１層２３が積層される第１ユニット層Ｕ１を形成した後に、ステップＳ１３０で第１の厚さＬ１よりも厚い第２の厚さＬ２の第２層２４からなる第２ユニット層Ｕ２を第１ユニット層Ｕ１と隣接して形成することで１層分のユニット層Ｕを形成するユニット層形成工程を有し、ユニット層形成工程を複数回実行してユニット層Ｕを積層すると表現できる。

【0044】

上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、薄い複数の第１層２３が積層されてなる第１ユニット層Ｕ１を形成した後に、第１の厚さＬ１よりも厚い第２層２４からなる第２ユニット層Ｕ２を第１ユニット層と隣接して形成することで１層分のユニット層Ｕを形成する。複数の第１層２３を積層することで第１ユニット層Ｕ１における第２ユニット層Ｕ２との接触部２３ａには凸凹が形成され、該接触部２３ａは第２ユニット層Ｕ２の構成材料との接触性が良くなる。このため、薄い複数の層からなる第１ユニット層Ｕ１と厚い第２ユニット層Ｕ２とを隣接させることで、図９で表されるような厚い層を隣接させることで生じ得る空隙Ｓを抑制でき、薄い層のみでユニット層Ｕを形成する場合よりも三次元造形物の製造時間を短縮できる。

【0045】

なお、上記のように、本実施形態の三次元造形物の製造装置１は、構成材料を射出する射出ユニット２１を１つ備える構成である。すなわち、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、ユニット層形成工程は、第１ユニット層Ｕ１の構成材料と第２ユニット層Ｕ２の構成材料とを同一の射出部１０から射出させることでユニット層Ｕを形成する。このように、第１ユニット層Ｕ１の構成材料と第２ユニット層Ｕ２の構成材料とを同一の射出部１０から射出させてユニット層Ｕを形成する方法とすることで、複数の射出部１０を必要とせず、簡単な構成で安価な三次元造形物の製造装置１を用いて三次元造形物を製造できる。

【0046】

なお、図７及び図８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、積層される各ユニット層Ｕにおいて、第１ユニット層Ｕ１で最外部を構成する。別の表現をすると、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Ｓ１２０及びステップＳ１３０のユニット層形成工程において、三次元造形物の表面を構成する部分に第１ユニット層Ｕ１を配置することができる。このため、薄い第１層２３で三次元造形物の表面を緻密に形成でき、三次元造形物の密度を高くすることができる。なお、図８で表されるユニット層Ｕの積層体は、Ｚ方向に沿う方向であるユニット層Ｕを積層する積層方向と交差する方向においてのみ第１ユニット層Ｕ１で最外部が構成されているが、ユニット層Ｕの積層方向における最外部も第１ユニット層Ｕ１で構成されていることが特に好ましい。全方向における三次元造形物の表面を緻密に形成できるためである。

【0047】

なお、図７では第１ユニット層Ｕ１と第２ユニット層Ｕ２は同じ厚みとなるように構成されているが、異なる厚みとしても良い。例えば、５層分の第１層２３で第１ユニット層Ｕ１を形成し、第２ユニット層Ｕ２は第１ユニット層Ｕ１の薄い第１層２３を４層の厚みとすることもできる。この場合、次の１層分のユニット層Ｕにおける第１ユニット層Ｕ１は３層分の第１層２３を形成してもよいし、４層分の第１層２３で第１ユニット層Ｕ１を形成してもよい。

【0048】

また、上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、ユニット層形成工程を複数回実行してユニット層Ｕを積層することができる。そして、図８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、ユニット層形成工程は、ユニット層Ｕの積層方向において第１ユニット層Ｕ１と第２ユニット層Ｕ２とを互い違いに配置することができる。このため、本実施例の三次元造形物の製造方法を実行することで、組成に偏りがない三次元造形物を製造できる。また、第１ユニット層Ｕ１と第２ユニット層Ｕ２とでは、熱可塑性樹脂やワックスなどの脱脂や、金属粒子同士の焼結などを行う場合など、収縮率に差が出やすいが、収縮率の大きい部分と収縮率の小さい部分とが発生し、三次元造形物が変形などすることなども抑制できる。

【0049】

また、上記のように、本実施形態の三次元造形物の製造装置１は、ヒーター９を射出部１０に備えている。そして、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Ｓ１２０における第１ユニット層Ｕ１の形成時と、ステップＳ１３０における第２ユニット層Ｕ２の形成時とで、ヒーター９の温度を変えることができる。すなわち、上記のように、ステップＳ１２０及びステップＳ１３０のユニット層形成工程は、第１ユニット層Ｕ１の構成材料と第２ユニット層Ｕ２の構成材料とを射出部１０から射出させることでユニット層Ｕを形成するが、該ユニット層形成工程において、第１ユニット層Ｕ１の形成時における第１ユニット層Ｕ１の構成材料の射出温度を、第２ユニット層Ｕ２の形成時における第２ユニット層Ｕ２の構成材料の射出温度よりも高くすることができる。

【0050】

射出温度を高くすることで粘度を低くすることができる。このため、本実施例の三次元造形物の製造方法を実行することで、第１ユニット層Ｕ１の構成材料と第２ユニット層Ｕ２の構成材料とを同一にしつつ、第１ユニット層Ｕ１と第２ユニット層Ｕ２との隣接部分に空隙Ｓが生じることを効果的に抑制できる。

【0051】

このように、ユニット層形成工程において、第１ユニット層Ｕ１の形成時における第１ユニット層Ｕ１の構成材料の粘度を第２ユニット層Ｕ２の形成時における第２ユニット層Ｕ２の構成材料の粘度よりも高くし、粘度が低く接触性の良い第２ユニット層Ｕ２の構成材料を第１ユニット層Ｕ１に隣接して配置させることにより、第１ユニット層Ｕ１と第２ユニット層Ｕ２との隣接部分に空隙Ｓが生じることを効果的に抑制できる。

【0052】

上記のように、本実施形態の三次元造形物の製造装置１は、構成材料を射出する射出ユニット２１を１つ備える構成であるので、第１ユニット層Ｕ１の構成材料と第２ユニット層Ｕ２の構成材料とは共通である。しかしながら、第１ユニット層Ｕ１の構成材料の射出部１０と、第２ユニット層Ｕ２の構成材料の射出部１０とを、別々に設け、第１ユニット層Ｕ１の構成材料と第２ユニット層Ｕ２の構成材料とを異なる組成にしてもよい。

【0053】

例えば、第１ユニット層Ｕ１の構成材料と第２ユニット層Ｕ２の構成材料とを異ならせ、第２ユニット層Ｕ２の構成材料の粘度を第１ユニット層Ｕ１の構成材料の粘度よりも低くすることで、第１ユニット層Ｕ１の構成材料の射出温度と第２ユニット層Ｕ２の構成材料の射出温度とを変えることのできない簡単な構成の三次元造形物の製造装置１を用いて、第１ユニット層Ｕ１と第２ユニット層Ｕ２との隣接部分に空隙Ｓが生じることを効果的に抑制できる。

【0054】

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。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】

【0055】

１…三次元造形物の製造装置、２…ホッパー、３…供給管、４…フラットスクリュー、
４ａ…円周面、４ｂ…切欠き、４ｃ…中央部分、５…バレル、５ａ…移動経路、
５ｂ…溝、６…モーター、７…ヒーター、８…ヒーター、９…ヒーター、
１０…射出部、１０ａ…ノズル、１１…プレート、１２…第１ステージ、
１３…第２ステージ、１４…基体部、１５…第１駆動部、１６…第２駆動部、
１７…第３駆動部、１８…制御ユニット、１９…ペレット（構成材料）、
２０…空間部分、２１…射出ユニット、２２…ステージユニット、２３…第１層、
２３ａ…接触部、２４…第２層、Ｌ１…第１の厚さ、Ｌ２…第２の厚さ、Ｓ…空隙、
Ｓ１…空隙、Ｓ２…空隙、Ｕ…ユニット層、Ｕ１…第１ユニット層、
Ｕ２…第２ユニット層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】