特許 7185828 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】2022-11-30

(45)【発行日】2022-12-08

(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 10/14 20210101AFI20221201BHJP

   B22F 10/37 20210101ALI20221201BHJP

   B22F 12/13 20210101ALI20221201BHJP

   B22F 12/55 20210101ALI20221201BHJP

   B22F 12/63 20210101ALI20221201BHJP

   B28B 1/30 20060101ALI20221201BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20221201BHJP

【ＦＩ】

B22F10/14

B22F10/37

B22F12/13

B22F12/55

B22F12/63

B28B1/30

B33Y10/00

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019028638

(22)【出願日】2019-02-20

(65)【公開番号】P2020132954

(43)【公開日】2020-08-31

【審査請求日】2021-12-13

(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】今井 拓也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－２０４１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００１４９１０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－２０５４８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｆ １０／００ － １０／８５

Ｂ２２Ｆ １２／００ － １２／９０

Ｂ２８Ｂ １／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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平均粒子径の第１金属粉末を造形テーブルに供給する第１金属粉末供給工程と、
前記造形テーブルに供給された前記第１金属粉末を圧縮して前記層を形成する層形成工程と、
前記第１平均粒子径に対する平均粒子径が１／１０以上１／２以下である第２平均粒子径の第２金属粉末と、バインダーと、を含む第１液体を、前記層における前記三次元造形物の構成領域の一部に供給する第１液体供給工程と、
前記第１液体よりも低い濃度で前記第２金属粉末を含むか、前記第２平均粒子径よりも大きい平均粒子径の第３金属粉末を含むか、の少なくともいずれかのバインダーを含む第２液体を、前記構成領域における表層領域の少なくとも一部に供給する第２液体供給工程と、
前記層の積層体を加熱して前記構成領域における金属を焼結する焼結工程と、
を有し、
前記構成領域における前記表層領域以外の内部領域に、前記第１液体と前記第２液体とを供給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、
前記内部領域に、前記第１液体と前記第２液体とを前記層毎に交互に供給する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１または２に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記構成領域における前記表層領域以外の内部領域に、前記第２液体を供給せずに前記第１液体を供給することを特徴とする三次元造形物の製造方法。

【請求項4】

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平均粒子径の第１金属粉末を造形テーブルに供給する第１金属粉末供給工程と、
前記造形テーブルに供給された前記第１金属粉末を圧縮して前記層を形成する層形成工程と、
前記第１平均粒子径に対する平均粒子径が１／１０以上１／２以下である第２平均粒子径の第２金属粉末と、バインダーと、を含む第１液体を、前記層における前記三次元造形物の構成領域の一部に供給する第１液体供給工程と、
前記第１液体よりも低い濃度で前記第２金属粉末を含むか、前記第２平均粒子径よりも大きい平均粒子径の第３金属粉末を含むか、の少なくともいずれかのバインダーを含む第２液体を、前記構成領域における表層領域の少なくとも一部に供給する第２液体供給工程と、
前記層の積層体を加熱して前記構成領域における金属を焼結する焼結工程と、
を有し、
前記構成領域における前記表層領域以外の内部領域に、前記第２液体を供給せずに前記第１液体を供給す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、
前記第２液体供給工程は、前記第２液体を前記表層領域の全体に供給す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、三次元造形物の製造方法には様々な種類がある。このうち、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、大粒子の金属粉末で層を形成することと、小粒子の金属粉末を散布することと、三次元造形物の構成領域にバインダーを含む液体を供給することと、を繰り返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】特開平８－１９２４６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

大粒子の金属粉末のみを用いて三次元造形物を製造すると、金属粉末の粒子間の隙間が大きくなることで低密度となり剛性などが低下する場合がある。一方、小粒子の金属粉末のみを含む金属粉末、又は、大粒子の金属粉末と小粒子の金属粉末とを共に含む金属粉末を用いて、層形成することは、金属粉末の塊である凝集を起こしてしまう可能性があり、逆に粉末の充填密度は小さくなり、薄く均一に敷けなくなってしまう。そこで、高密度の三次元造形物を製造するために、特許文献１の三次元造形物の製造方法のように、大粒子の金属粉末を用いて層形成し、小粒子の金属粉末を散布することが考えられる。しかしながら、特許文献１の三次元造形物の製造方法においては、小粒子の金属粉末を散布しても大粒子の金属粉末の粒子間の隙間に該小粒子の金属粉末が効果的に入らず、高密度の三次元造形物を製造できない場合がある。
さらに、高密度な金属製の三次元造形物を製造する場合、積層物の焼結の際において高密度な三次元造形物の表層から気化したバインダーなどが抜けられないことで、大型の三次元造形物を製造するのが困難となっている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

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、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平均粒子径の第１金属粉末を造形テーブルに供給する第１金属粉末供給工程と、前記造形テーブルに供給された前記第１金属粉末を圧縮して前記層を形成する層形成工程と、前記第１平均粒子径に対する平均粒子径が１／１０以上１／２以下である第２平均粒子径の第２金属粉末と、バインダーと、を含む第１液体を、前記層における前記三次元造形物の構成領域の一部に供給する第１液体供給工程と、前記第１液体よりも低い濃度で前記第２金属粉末を含むか、前記第２平均粒子径よりも大きい平均粒子径の第３金属粉末を含むか、の少なくともいずれかのバインダーを含む第２液体を、前記構成領域における表層領域の少なくとも一部に供給する第２液体供給工程と、前記層の積層体を加熱して前記構成領域における金属を焼結する焼結工程と、を有することを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本発明の三次元造形物の製造方法を実行可能な一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3】本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法により形成した三次元造形物の一例の断面図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

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、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平均粒子径の第１金属粉末を造形テーブルに供給する第１金属粉末供給工程と、前記造形テーブルに供給された前記第１金属粉末を圧縮して前記層を形成する層形成工程と、前記第１平均粒子径に対する平均粒子径が１／１０以上１／２以下である第２平均粒子径の第２金属粉末と、バインダーと、を含む第１液体を、前記層における前記三次元造形物の構成領域の一部に供給する第１液体供給工程と、前記第１液体よりも低い濃度で前記第２金属粉末を含むか、前記第２平均粒子径よりも大きい平均粒子径の第３金属粉末を含むか、の少なくともいずれかとバインダーを含む第２液体を、前記構成領域における表層領域の少なくとも一部に供給する第２液体供給工程と、前記層の積層体を加熱して前記構成領域における金属を焼結する焼結工程と、を有することを特徴とする。

【0008】

本態様によれば、第１平均粒子径よりも小さい第２平均粒子径の第２金属粉末と、バインダーと、を含む第１液体を供給する。すなわち、粒子の隙間に進入しやすい液体である第１液体により、大粒子である第１金属粉末の隙間に小粒子である第２金属粉末を効果的に配置させることができる。このため、三次元造形物を高密度にすることができる。また、表層領域の少なくとも一部に第１液体よりも低い濃度で第２金属粉末を含むか、第２平均粒子径よりも大きい平均粒子径の第３金属粉末を含むか、の少なくともいずれかの第２液体を配置することで、金属を焼結する焼結工程において、表層領域の少なくとも一部にバインダーなどが抜ける隙間を形成でき、表層領域からバインダーなどを効果的に除去（脱脂）できる。したがって、大型で高密度の金属製の三次元造形物を製造することができる。

【0009】

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、前記第２液体供給工程は、前記第２液体を前記表層領域の全体に供給することを特徴とする。

【0010】

本態様によれば、第２液体を表層領域の全体に供給するので、三次元造形物を高密度としつつ、三次元造形物の表層全体からバインダーなどが抜ける隙間を形成でき、表層領域からバインダーなどを効果的に除去（脱脂）できる。

【0011】

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または第２の態様において、前記構成領域における前記表層領域以外の内部領域に、前記第１液体と前記第２液体とを供給することを特徴とする。

【0012】

本態様によれば、内部領域に第１液体と第２液体とを供給するので、内部領域から表層領域までバインダーなどを効果的に除去（脱脂）できる。したがって、大型で高密度の金属製の三次元造形物を好適に製造することができる。

【0013】

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３の態様において、前記内部領域に、前記第１液体と前記第２液体とを前記層毎に交互に供給することを特徴とする。

【0014】

本態様によれば、内部領域に第１液体と第２液体とを層毎に交互に供給するので、内部領域から表層領域までバインダーなどを効果的に除去（脱脂）できる。したがって、特に大型で高密度の金属製の三次元造形物を好適に製造することができる。

【0015】

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または第２の態様において、前記構成領域における前記表層領域以外の内部領域に、前記第２液体を供給せずに前記第１液体を供給することを特徴とする。

【0016】

本態様によれば、内部領域に第２液体を供給せずに第１液体を供給するので、内部領域を特に高密度に構成できる。したがって、大型で特に高密度の金属製の三次元造形物を製造することができる。

【0017】

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、本発明の三次元造形物の製造方法を実行可能な三次元造形物の製造装置１の概要について図１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る。また、Ｚ方向は鉛直方向であり層Ｌの積層方向に対応する。

【0018】

本実施形態の三次元造形物の製造装置１は、層Ｌを積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置である。そして、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、造形テーブル９を有するテーブルユニット１０と、三次元造形物の構成材料を造形テーブル９に供給する供給ユニット８と、テーブルユニット１０及び供給ユニット８の動作を制御する制御部１２と、を備えている。なお、三次元造形物の製造装置１は、ＰＣなどの外部装置２０と電気的に接続されており、外部装置２０を介してユーザーからの指示を受け付け可能な構成となっている。

【0019】

造形テーブル９は、制御部１２の制御によりＺ方向に移動可能な構成となっている。造形テーブル９の造形面９ａをテーブルユニット１０の上面部１０ａに対してＺ方向において所定の距離だけ低い位置に配置し、造形面９ａに供給ユニット８から三次元造形物の構成材料を供給して１層分の層Ｌを形成する。そして、造形テーブル９の所定の距離分の下方への移動と、供給ユニット８からの三次元造形物の構成材料の供給と、を繰り返すことで積層する。図１は、層Ｌ１、層Ｌ２、層Ｌ３及び層Ｌ４の４層分の層形成を繰り返して、造形面９ａ上に２つの三次元造形物の積層体Ｓを形成した様子を表している。

【0020】

供給ユニット８は、ガイドバー１１に沿って、Ｘ方向に移動可能な構成となっている。また、供給ユニット８は、三次元造形物の構成材料としての第１平均粒子径の第１金属粉末を造形テーブル９に供給する第１金属粉末供給部２を備えている。本実施形態においては、第１金属粉末供給部２として、第１金属粉末供給部２ａと、第１金属粉末供給部２ｂと、をＸ方向における供給ユニット８の端部に配置している。なお、「平均粒子径」としては、例えば、メディアン径であるｄ５０を採用できる。

【0021】

また、供給ユニット８は、造形テーブル９に供給された第１金属粉末を圧縮して均すことが可能な圧縮ローラー６を備えている。本実施形態においては、圧縮ローラー６として、第１金属粉末供給部２ａの近傍に設けられた圧縮ローラー６ａと、第１金属粉末供給部２ｂの近傍に設けられた圧縮ローラー６ｂと、を有している。

【0022】

また、供給ユニット８は、第２平均粒子径の第２金属粉末とバインダーとを含む第１液体Ｉ１を層Ｌにおける三次元造形物の構成領域Ｒの少なくとも一部に供給する第１液体供給部３を備えている。ここで、第２平均粒子径における第１平均粒子径に対する平均粒子径は、１／１０以上１／２以下となっている。

【0023】

また、供給ユニット８は、第１液体Ｉ１よりも低い濃度で第２金属粉末を含むか、第２平均粒子径よりも大きい平均粒子径の第３金属粉末を含むか、の少なくともいずれかとバインダーを含む第２液体Ｉ２を、構成領域Ｒにおける表層領域Ｒｅの少なくとも一部に供給する第２液体供給部４を備えている。第２液体供給部４の構成は、第１液体供給部３と同じであってもよいし、異なっていてもよい。第１液体Ｉ１を構成領域Ｒに付与した場合も第２液体Ｉ２を構成領域Ｒに付与した場合も何れも構成領域Ｒを高密度化できる。しかしながら、第１液体Ｉ１のみを構成領域Ｒに付与した場合よりも、第２液体Ｉ２のみ又は第１液体Ｉ１と第２液体Ｉ２とを構成領域Ｒに付与した場合の方が、例えば気化したバインダーなどの気体を通過させることが可能な空隙は多く或いは大きくなる。ただし、第１液体Ｉ１のみを構成領域Ｒに付与した場合の方が、第２液体Ｉ２のみ又は第１液体Ｉ１と第２液体Ｉ２とを構成領域Ｒに付与した場合よりも、構成領域Ｒをより高密度化できる。

【0024】

また、供給ユニット８は、第１金属粉末、第２金属粉末及び第３金属粉末のいずれの融点よりも高い融点のセラミックス粉末を含む第３液体Ｉ３を供給する第３液体供給部５を備えている。第３液体Ｉ３を供給した領域Ｃは、焼結工程で金属粉末の焼結を阻害し、焼結後に容易に分離することができる。例えば、図１で表されるように第３液体Ｉ３を領域Ｃに供給し、第１金属粉末及び第２金属粉末の焼結温度以上かつセラミックス粉末の焼結温度未満で積層体Ｓを焼結させた場合、構成領域Ｒの一部である領域Ｃに囲まれた部分Ｓｃに穴を形成することができる。

【0025】

また、供給ユニット８は、第１液体Ｉ１、第２液体Ｉ２及び第３液体Ｉ３の溶媒などを乾燥させるヒーター７を備えている。ヒーター７としては、例えば赤外線ヒーターなどを使用できるが、特に限定はない。

【0026】

なお、第１金属粉末供給部２における第１金属粉末の排出口、圧縮ローラー６、第１液体供給部３における液体の射出口、第２液体供給部４における液体の射出口、第３液体供給部５における液体の射出口、ヒーター７、の何れも、Ｙ方向に延設されている。また、第１液体供給部３、第２液体供給部４及び第３液体供給部５、並びに、ヒーター７は、個別に相対的な位置を変更可能な構成となっている。例えば、Ｚ方向における位置を変えることで、造形テーブル９の造形面９ａに対する距離を変更可能である。

【0027】

本実施形態の供給ユニット８は、図１で表されるように、Ｙ方向から見て、第１金属粉末供給部２、第１液体供給部３、第２液体供給部４、第３液体供給部５、圧縮ローラー６、ヒーター７の配置がＸ方向に対称にはなっていない。ただし、これらの配置がＸ方向に対称になっていることが好ましい。これらの配置をＸ方向に対称にすることで、Ｘ方向におけるＸ１方向に移動する際とＸ方向におけるＸ２方向に移動する際との両方で、同様の条件で層Ｌの形成ができるようになるためである。

【0028】

次に、本実施形態の三次元造形物の製造装置１で使用可能な構成材料について詳細に説明する。
第１金属粉末、第２金属粉末及び第３金属粉末としては、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（ＳＵＳ）、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、用いることが可能である。

【0029】

セラミックス粉末としては、例えば二酸化ケイ素、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。

【0030】

バインダーとしては、例えば、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリオキシメチレン、ポリメチルメタクリレート、パラフィンワックスなどを好ましく使用可能である。さらには、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などを単独で或いは組み合わせて用いることができる。

【0031】

また、第１液体Ｉ１、第２液体Ｉ２及び第３液体Ｉ３には溶剤をさらに含んでいてもよく、好ましい溶剤としては、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。

【0032】

次に、上記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の一実施例について、図２のフローチャートを用いて説明する。

【0033】

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２のフローチャートで表されるように、ステップＳ１１０の造形データ入力工程で、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、外部装置２０としての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。

【0034】

次に、ステップＳ１２０の第１金属粉末供給工程で、図１で表される第１金属粉末供給部２から第１金属粉末を造形テーブル９の造形面９ａに供給する。

【0035】

次に、ステップＳ１３０の層形成工程で、造形テーブル９に供給された第１金属粉末を圧縮ローラー６で圧縮して層Ｌを形成する。

【0036】

次に、ステップＳ１４０の第１液体供給工程で、第１液体供給部３から、第１平均粒子径に対する平均粒子径が１／１０以上１／２以下である第２平均粒子径の第２金属粉末と、バインダーと、を含む第１液体Ｉ１を、層Ｌにおける三次元造形物の構成領域Ｒの一部に供給する。詳細には、三次元造形物の構成領域Ｒのうちの内部領域Ｒｉの全部または該内部領域Ｒｉの一部、さらには、場合により構成領域Ｒのうちの表層領域Ｒｅの一部に、第１液体Ｉ１を供給する。

【0037】

次に、ステップＳ１５０の第２液体供給工程で、第２液体供給部４から、第１液体Ｉ１よりも低い濃度で第２金属粉末を含むか、第２平均粒子径よりも大きい平均粒子径の第３金属粉末を含むか、の少なくともいずれかのバインダーを含む第２液体Ｉ２を、構成領域Ｒにおける表層領域Ｒｅの少なくとも一部に供給する。

【0038】

ここで、図３は、内部領域Ｒｉの全部に第１液体Ｉ１が供給され、表層領域Ｒｅの全部に第２液体Ｉ２が供給された積層体Ｓの一例を表す概略図である。
最初に、第２液体供給部４から、第１液体Ｉ１よりも低い濃度で第２金属粉末を含む第２液体Ｉ２を表層領域Ｒｅに供給する場合の具体的な一例について説明する。第１液体Ｉ１及び第２液体Ｉ２のバインダーを共にポリビニルアルコールとし、第１液体Ｉ１は平均粒子径が５μｍの第２金属粉末を５ｖｏｌ％含み、第２液体Ｉ２は平均粒子径が５μｍの第２金属粉末を２．５ｖｏｌ％含むものとする。このような場合、例えば、内部領域Ｒｉにおける第１金属粉末に対する第２金属粉末の質量比が８：１になるようにし、表層領域Ｒｅにおける第１金属粉末に対する第２金属粉末の質量比が８：３になるようにする。このようにすることで、表層領域Ｒｅの金属密度を高めて表層領域Ｒｅを高い剛性とすることができるとともに、内部領域Ｒｉにおけるバインダー量を減らすことで焼結に伴い気化したバインダーの量が多すぎて内部領域Ｒｉからバインダーが抜けきらないということを抑制できる。

【0039】

次に、第２液体供給部４から、第２平均粒子径よりも大きい平均粒子径の第３金属粉末を含む第２液体Ｉ２を表層領域Ｒｅに供給する場合の具体的な一例について説明する。第１液体Ｉ１及び第２液体Ｉ２のバインダーを共にポリビニルアルコールとし、第１液体Ｉ１は平均粒子径が５μｍの第２金属粉末を５ｖｏｌ％含み、第２液体Ｉ２は平均粒子径が１５μｍの第３金属粉末を５ｖｏｌ％含むものとする。このような場合、例えば、内部領域Ｒｉにおける第１金属粉末に対する第２金属粉末の質量比が８：１になるようにし、表層領域Ｒｅにおける第１金属粉末に対する第３金属粉末の質量比が８：３になるようにする。このようにすることで、表層領域Ｒｅの金属密度を高めて表層領域Ｒｅを高い剛性とすることができるとともに、表層領域Ｒｅにおける空隙の数を減らしつつも空隙が小さくなりすぎないようにすることでバインダーを抜け易くして焼結に伴いバインダーが内部領域Ｒｉに残るということを抑制できる。

【0040】

次に、ステップＳ１６０の第３液体供給工程で、第３液体供給部５から、第１金属粉末、第２金属粉末及び第３金属粉末のいずれの融点よりも高い融点のセラミックス粉末を含む第３液体Ｉ３を領域Ｃに供給する。なお、本ステップＳ１６０を実行して領域Ｃにセラミックス粉末を配置させることで、上記のとおり、構成領域Ｒの一部である領域Ｃに囲まれた部分Ｓｃに穴を形成することができる。ただし、製造する三次元造形物の形状などによっては、本ステップを省略することができる。

【0041】

次に、ステップＳ１７０の乾燥工程で、ヒーター７を用いて、第１液体Ｉ１、第２液体Ｉ２及び第３液体Ｉ３を乾燥させる。ただし、製造する三次元造形物の形状や使用する第１液体Ｉ１、第２液体Ｉ２及び第３液体Ｉ３の組成などによっては、本ステップを省略することができる。

【0042】

次に、ステップＳ１８０の層圧縮工程で、圧縮ローラー６で層Ｌを圧縮する。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、圧縮ローラー６として、第１金属粉末供給部２ａの近傍に設けられた圧縮ローラー６ａと、第１金属粉末供給部２ｂの近傍に設けられた圧縮ローラー６ｂと、を有している。すなわち、例えば、ステップＳ１２０においてＸ１方向に移動しながら第１金属粉末供給部２ａから第１金属粉末を造形テーブル９の造形面９ａに供給する場合、圧縮ローラー６ａによる層Ｌの圧縮がステップＳ１３０の層形成工程に対応し、圧縮ローラー６ｂによる層Ｌの圧縮が本ステップＳ１８０の層形成工程に対応する。このように、例えば１回の供給ユニット８のＸ１方向への移動で、ステップＳ１２０の第１金属粉末供給工程、ステップＳ１３０の層形成工程、ステップＳ１４０の第１液体供給工程、ステップＳ１５０の第２液体供給工程、ステップＳ１６０の第３液体供給工程、ステップＳ１７０の乾燥工程及びステップＳ１８０の層圧縮工程が実行される。

【0043】

そして、ステップＳ１９０の判断工程で、制御部１２においてステップＳ１１０で入力した造形データに基づく層形成が全て終了したかどうかを判断する。層形成が全て終了していないと判断した場合、ステップＳ１２０に戻り、次の層Ｌを形成する。一方、層形成が全て終了したと判断した場合、ステップＳ２００に進む。

【0044】

ステップＳ２００の焼結工程では、ステップＳ１２０からステップＳ１９０を繰り返すことで製造された層Ｌの積層体Ｓを加熱して構成領域Ｒにおける金属を焼結する。本ステップＳ２００の焼結工程は、三次元造形物の製造装置１で行ってもよいし、三次元造形物の製造装置１とは別の装置を用いて行ってもよい。そして、本ステップＳ２００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。

【0045】

ここで、一旦まとめると、上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、層Ｌ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に対応し、第１平均粒子径の第１金属粉末を造形テーブル９に供給する第１金属粉末供給工程を有する。また、ステップＳ１３０に対応し、造形テーブル９に供給された第１金属粉末を圧縮して層Ｌを形成する層形成工程を有する。また、ステップＳ１４０に対応し、第１平均粒子径に対する平均粒子径が１／１０以上１／２以下である第２平均粒子径の第２金属粉末と、バインダーと、を含む第１液体Ｉ１を、層Ｌにおける三次元造形物の構成領域Ｒの一部に供給する第１液体供給工程を有する。また、ステップＳ１５０に対応し、第１液体Ｉ１よりも低い濃度で第２金属粉末を含むか、第２平均粒子径よりも大きい平均粒子径の第３金属粉末を含むか、の少なくともいずれかとバインダーを含む第２液体Ｉ２を、構成領域Ｒにおける表層領域Ｒｅの少なくとも一部に供給する第２液体供給工程を有する。また、ステップＳ２００に対応し、層Ｌの積層体Ｓを加熱して構成領域Ｒにおける金属を焼結する焼結工程を有する。

【0046】

上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、第１平均粒子径よりも小さい第２平均粒子径の第２金属粉末と、バインダーと、を含む第１液体Ｉ１を供給する。すなわち、粒子の隙間に進入しやすい液体である第１液体Ｉ１により、大粒子である第１金属粉末の隙間に小粒子である第２金属粉末を効果的に配置させることができる。このため、三次元造形物を高密度にすることができる。また、本実施例の三次元造形物の製造方法は、表層領域Ｒｅの少なくとも一部に第１液体Ｉ１よりも低い濃度で第２金属粉末を含むか、第２平均粒子径よりも大きい平均粒子径の第３金属粉末を含むか、の少なくともいずれかの第２液体Ｉ２を配置することで、表層領域Ｒｅの少なくとも一部にバインダーなどが抜ける隙間を形成でき、表層領域Ｒｅからバインダーなどを効果的に除去（脱脂）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、大型で高密度の金属製の三次元造形物を製造することができる。

【0047】

ここで、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Ｓ１５０の第２液体供給工程において、第２液体Ｉ２を表層領域Ｒｅの全体に供給することができる。第２液体Ｉ２を表層領域Ｒｅの全体に供給することで、三次元造形物を高密度としつつ、三次元造形物の表層全体からバインダーなどが抜けることが可能な隙間を形成でき、表層領域Ｒｅからバインダーなどを効果的に除去（脱脂）できる。

【0048】

また、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Ｓ１４０の第１液体供給工程において第１液体Ｉ１を内部領域Ｒｉに供給するとともに、ステップＳ１５０の第２液体供給工程において第２液体Ｉ２を内部領域Ｒｉに供給することで、内部領域Ｒｉに第１液体Ｉ１と第２液体Ｉ２とを供給することができる。内部領域Ｒｉに第１液体Ｉ１と第２液体Ｉ２とを供給することで、例えば大型の三次元造形物を製造する場合など、内部領域Ｒｉに第１液体Ｉ１のみを供給した場合には表層領域Ｒｅまでバインダーなどが抜けられない虞があっても、内部領域Ｒｉにおいて表層領域Ｒｅまでバインダーなどを効果的に除去（脱脂）できる。したがって、大型で高密度の金属製の三次元造形物を好適に製造することができる。

【0049】

また、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、内部領域Ｒｉに、第１液体Ｉ１と第２液体Ｉ２とを積層される層Ｌ毎に交互に供給することが可能である。具体的には、ステップＳ１２０からステップＳ１９０までを繰り返す際、例えば奇数回目においては内部領域Ｒｉに第１液体Ｉ１を供給し偶数回目においては内部領域Ｒｉに第２液体Ｉ２を供給するよう制御することができる。このように、内部領域Ｒｉに第１液体Ｉ１と第２液体Ｉ２とを層Ｌ毎に交互に供給することで、内部領域Ｒｉにおいて表層領域Ｒｅまでバインダーなどを効果的に除去（脱脂）できる。したがって、特に大型で高密度の金属製の三次元造形物を好適に製造することができる。

【0050】

また、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、内部領域Ｒｉに、第２液体Ｉ２を供給せずに第１液体Ｉ１を供給することも可能である。内部領域Ｒｉに第２液体Ｉ２を供給せずに第１液体Ｉ１のみを供給することで、内部領域Ｒｉを特に高密度に構成できる。したがって、大型で特に高密度の金属製の三次元造形物を製造することができる。

【0051】

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】

【0052】

１…三次元造形物の製造装置、２…第１金属粉末供給部、２ａ…第１金属粉末供給部、
２ｂ…第１金属粉末供給部、３…第１液体供給部、４…第２液体供給部、
５…第３液体供給部、６…圧縮ローラー、６ａ…圧縮ローラー、６ｂ…圧縮ローラー、
７…ヒーター、８…供給ユニット、９…造形テーブル、９ａ…造形面、
１０…テーブルユニット、１０ａ…上面部、１１…ガイドバー、１２…制御部、
２０…外部装置、Ｃ…領域、Ｉ１…第１液体、Ｉ２…第２液体、Ｉ３…第３液体、
Ｌ…層、Ｌ１…層、Ｌ２…層、Ｌ３…層、Ｌ４…層、Ｒ…構成領域、Ｒｅ…表層領域、
Ｒｉ…内部領域、Ｓ…積層体、Ｓｃ…領域Ｃに囲まれた部分

【図1】

【図2】

【図3】