特許 7447465 三次元造形方法

(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】2024-03-04

(45)【発行日】2024-03-12

(54)【発明の名称】三次元造形方法

(51)【国際特許分類】

   B22F 3/16 20060101AFI20240305BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240305BHJP

   B28B 1/30 20060101ALI20240305BHJP

【ＦＩ】

B22F3/16

B33Y10/00

B28B1/30

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019228029

(22)【出願日】2019-12-18

(65)【公開番号】P2021095613

(43)【公開日】2021-06-24

【審査請求日】2022-11-28

(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】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】▲角▼谷 彰彦

【審査官】萩原 周治

(56)【参考文献】

【文献】実開平０７－０１５７３７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】韓国登録特許第１０－１８４４２６６（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】実開平０７－０１５７３８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０９－０７８１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０６７９０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１００８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／００５４１９３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｆ １／００－１２／９０

Ｂ３３Ｙ １０／００－９９／００

Ｂ２８Ｂ １／００－１／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

粉末とバインダーとを含む材料を用いて複数の凸部を有する成形体を形成する成形体形
成工程と、
前記凸部のそれぞれを挿入可能な位置に溝部を有する支持体に、複数の前記凸部を前記
溝部に挿入した状態で、支持させる支持工程と、
前記支持体に支持された状態の前記成形体を加熱し、前記粉末を焼結させる焼結工程と
、を有し、
前記溝部は、前記焼結工程を実行することによる前記成形体の収縮方向を規定する規定
方向に、前記凸部の挿入位置から延設されており、
前記溝部は、前記凸部の挿入位置から前記規定方向に向けて幅が狭くなっていることを
特徴とする三次元造形方法。

【請求項2】

請求項１に記載の三次元造形方法において、
前記規定方向は、複数の前記凸部のうちの少なくとも２つを結ぶ直線方向に沿う方向、
又は、前記成形体の長手方向に沿う方向であることを特徴とする三次元造形方法。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の三次元造形方法において、
前記凸部は、円柱形状、円筒形状または円錐形状であることを特徴とする三次元造形方
法。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載の三次元造形方法において、
前記粉末は、金属粉末であり、又は、
前記支持体は、セラミック製であることを特徴とする三次元造形方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三次元造形方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、粉末とバインダーとを含む材料を用いて成形体を形成し、該成形体を加熱して粉末を焼結させることで三次元造形物を造形する三次元造形方法が使用されている。このような三次元造形方法を実行すると、焼結工程に伴って成形体が収縮する。成形体が収縮すると様々な問題が生じうる。そこで、例えば、特許文献１には、造形プレートに凹部を設け成形体の一部を該凹部に引っ掛ける構成とすることで、アンカー効果を利用して成形体の収縮に伴う造形プレートからの剥離を抑制する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－１００８８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

粉末とバインダーとを含む材料を用いて成形体を形成し、該成形体を加熱して粉末を焼結させると、焼結工程に伴って三次元造形物が歪むという問題が生じる場合がある。なお、特許文献１に開示される技術を使用しても、成形体の一部が凹部に引っ掛かった状態で成形体が収縮し、かえって三次元造形物の歪みが大きくなる場合があった。

【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方法は、粉末とバインダーとを含む材料を用いて複数の凸部を有する成形体を形成する成形体形成工程と、前記凸部のそれぞれを挿入可能な位置に溝部を有する支持体に、複数の前記凸部を前記溝部に挿入した状態で、支持させる支持工程と、前記支持体に支持された状態の前記成形体を加熱し、前記粉末を焼結させる焼結工程と、を有し、前記溝部は、前記焼結工程を実行することによる前記成形体の収縮方向を規定する規定方向に、前記凸部の挿入位置から延設されてい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方法における成形体を形成可能な三次元造形装置の一例を表す概略構成図。

【図2】図１の三次元造形装置を用いて行う成形体の形成例を説明するための概略図。

【図3】本発明の三次元造形方法の一実施例のフローチャート。

【図4】焼結工程を実行する成形体の一例を表す概略斜視図。

【図5】図４の成形体を一例としての支持体に支持させた状態を表す概略平面図。

【図6】図４の成形体を図５の支持体とは別の支持体に支持させた状態を表す概略平面図。

【図7】図４の成形体とは異なる形状の成形体の一例を表す概略斜視図。

【図8】図７の成形体を一例としての支持体に支持させた状態を表す概略平面図。

【図9】図４の成形体及び図７の成形体とは異なる形状の成形体の一例を表す概略斜視図。

【図10】図９の成形体を一例としての支持体に支持させた状態を表す概略平面図。

【図11】図４の成形体、図７の成形体及び図９の成形体とは異なる形状の成形体の一例を表す概略斜視図。

【図12】図１１の成形体を一例としての支持体に支持させた状態を表す概略平面図。

【図13】図４の成形体、図７の成形体、図９の成形体及び図１１の成形体とは異なる形状の成形体を一例としての支持体に支持させた状態を表す概略平面図。

【図14】図４の成形体、図７の成形体、図９の成形体、図１１の成形体及び図１３の成形体とは異なる形状の成形体を一例としての支持体に支持させた状態を表す概略平面図。

【図15】図４の成形体、図７の成形体、図９の成形体、図１１の成形体及び図１３の成形体及び図１４の成形体とは異なる形状の成形体を一例としての支持体に支持させた状態を表す概略平面図。

【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方法は、粉末とバインダーとを含む材料を用いて複数の凸部を有する成形体を形成する成形体形成工程と、前記凸部のそれぞれを挿入可能な位置に溝部を有する支持体に、複数の前記凸部を前記溝部に挿入した状態で、支持させる支持工程と、前記支持体に支持された状態の前記成形体を加熱し、前記粉末を焼結させる焼結工程と、を有し、前記溝部は、前記焼結工程を実行することによる前記成形体の収縮方向を規定する規定方向に、前記凸部の挿入位置から延設されていることを特徴とする。

【0008】

本態様によれば、複数の凸部を有する成形体を形成し、複数の凸部を溝部に挿入した状態で成形体の収縮方向を規定しつつ焼結工程を実行する。このため、成形体の収縮方向を規定できるので、成形体の形状に応じた規定方向に延設される溝部とすることで、成形体に無理な力を加えることなく収縮させることが可能になり、三次元造形物の歪みを抑制することができる。

【0009】

本発明の第２の態様の三次元造形方法は、前記第１の態様において、前記規定方向は、複数の前記凸部のうちの少なくとも２つを結ぶ直線方向に沿う方向であることを特徴とする。

【0010】

本態様によれば、規定方向は、複数の凸部のうちの少なくとも２つを結ぶ直線方向に沿う方向である。焼結工程に伴って複数の凸部同士の間隔は小さくなるが、規定方向を２つの凸部を結ぶ直線方向に沿う方向とすることで、成形体に無理な力が加わり歪むことを効果的に抑制することができる。

【0011】

本発明の第３の態様の三次元造形方法は、前記第１または第２の態様において、前記規定方向は、前記成形体の長手方向に沿う方向であることを特徴とする。

【0012】

本態様によれば、規定方向は、成形体の長手方向に沿う方向である。焼結工程に伴って成形体の長手方向に沿って大きく収縮するが、規定方向を成形体の長手方向に沿う方向とすることで、成形体に無理な力が加わり歪むことを効果的に抑制することができる。

【0013】

本発明の第４の態様の三次元造形方法は、前記第１から第３のいずれか１つの態様において、前記溝部は、前記凸部の挿入位置から延設される方向に向けて幅が狭くなっていることを特徴とする。

【0014】

本態様によれば、溝部は凸部の挿入位置から延設される方向に向けて幅が狭くなっている。焼結工程に伴って成形体は全体的に収縮するので凸部も収縮するが、凸部が収縮して細くなった場合でも溝部が凸部の挿入位置から延設される方向に向けて幅が狭くなっていることで、凸部が細くなることに伴う規定方向のずれを抑制できる。

【0015】

本発明の第５の態様の三次元造形方法は、前記第１から第４のいずれか１つの態様において、前記凸部は、円柱形状、円筒形状または円錐形状であることを特徴とする。

【0016】

本態様によれば、凸部は、円柱形状、円筒形状または円錐形状であるので、焼結工程に伴って成形体が収縮する際に凸部が溝部に引っ掛かり成形体に無理な力が加わり歪むことを効果的に抑制することができる。

【0017】

本発明の第６の態様の三次元造形方法は、前記第１から第５の態様において、前記粉末は、金属粉末であることを特徴とする。

【0018】

本態様によれば、粉末は金属粉末である。このため、歪みが抑制された頑丈な金属性の三次元造形物を造形することができる。

【0019】

本発明の第７の態様の三次元造形方法は、前記第１から第６のいずれか１つの態様において、前記支持体は、セラミックス製であることを特徴とする。

【0020】

本態様によれば、支持体はセラミックス製である。このため、耐熱、熱膨張、熱伝導、耐熱衝撃性などの熱特性に優れた支持体に三次元造形物を造形することができる。

【0021】

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方法における成形体形成工程を実行可能な三次元造形装置１の一実施例について図１を参照して説明する。ここで、図１及び後述する各図における図中のＸ軸方向は水平方向であり供給ユニット８の往復移動方向に対応し、このうち、Ｘ１方向は往方向、Ｘ２方向は復方向に対応する。また、Ｙ軸方向は水平方向であるとともにＸ軸方向と直交する方向であり、ローラー６の回転軸の延びる方向に対応する。また、Ｚ軸方向は鉛直方向であり、層５００の積層方向に対応する。

【0022】

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。

【0023】

本実施例の三次元造形装置１は、層５０１、層５０２、層５０３、・・・層５０ｎからなる層５００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装置である。そして、図１で表されるように、本実施例の三次元造形装置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、三次元造形装置１は、パーソナルコンピューターなどの外部装置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。

【0024】

造形テーブル９は、制御部１２の制御によりＺ軸方向に沿って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軸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材料を供給して１層分の層５００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材料の供給と、を繰り返すことで積層する。図１は、層５０１、層５０２、層５０３及び層５０４の４層分の層形成を繰り返して、造形面９ａ上に三次元造形物の成形体Ｓを形成した様子を表している。ここで、成形体Ｓは、脱脂及び焼結をする前の状態を表しており、所謂グリーン体と呼ばれるものである。

【0025】

供給ユニット８は、ガイドバー１１に沿って、Ｘ軸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、金属やセラミックスや樹脂などの粉末を含む材料を造形テーブル９に供給する材料供給部２を備えている。なお、材料供給部２として、Ｘ１方向の先頭側端部に形成された材料供給部２Ａと、Ｘ２方向の先頭側端部に形成された材料供給部２Ｂと、を備えている。

【0026】

また、供給ユニット８は、造形テーブル９に供給された材料を圧縮して均すことが可能なローラー６を備えている。なお、ローラー６として、Ｘ軸方向における材料供給部２Ａの隣に形成されたローラー６Ａと、Ｘ軸方向における材料供給部２Ｂの隣に形成されたローラー６Ｂと、を備えている。

【0027】

また、供給ユニット８は、材料供給部２から供給された材料に含まれる粉末を結着するバインダーを含む液体を、三次元造形物の造形領域Ｐに吐出するヘッド３を備えている。なお、ヘッド３として、Ｘ軸方向におけるローラー６Ａの隣に形成されたヘッド３Ａと、Ｘ軸方向におけるローラー６Ｂの隣に形成されたヘッド３Ｂと、を備えている。ここで、ヘッド３Ａ及びヘッド３Ｂから吐出される液体は同じ液体であり、ともに、バインダーとして紫外線硬化樹脂を含む液体である。ただし、このような液体に限定されず、熱可塑性樹脂をバインダーとして含む液体や、バインダーとしての固体の樹脂が揮発性の溶媒に溶解された状態の液体などを使用してもよい。

【0028】

そして、Ｘ軸方向におけるヘッド３Ａとヘッド３Ｂとの間には、紫外線硬化樹脂を硬化させることが可能な紫外線を照射する紫外線照射部４を備えている。なお、本実施例の供給ユニット８は、紫外線照射部４を１つ備える構成であるが、紫外線照射部４を２つ以上備える構成や、使用する液体の種類などに応じて、紫外線照射部４を備えない構成や、紫外線照射部４の代わりに熱可塑性樹脂を硬化させるため或いは溶媒を揮発させるためのヒーターを備える構成などであってもよい。

【0029】

図１で表されるように、本実施例の供給ユニット８は、Ｘ軸方向において構成部材の形状が対称となっている。このため、本実施例の三次元造形装置１は、供給ユニット８をＸ１方向に移動させつつ成形体Ｓの成形体形成工程を実行できるとともに、供給ユニット８をＸ２方向に移動させつつ成形体Ｓの成形体形成工程を実行できる。

【0030】

このように、本実施例の三次元造形装置１は、造形テーブル９と、造形テーブル９に粉末層である層５００を形成する層形成部としての材料供給部２及びローラー６と、層５００における三次元造形物の造形領域Ｐにバインダーを含む液体をノズルから吐出するヘッド３と、造形テーブル９に対するヘッド３の移動と、電圧を印可することによるヘッド３の駆動と、を制御する制御部１２と、を備えている。

【0031】

次に、本実施例の三次元造形装置１で使用可能な材料についての具体例を説明する。材料に含有可能な金属粉末としては、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）の粉末、これらの混合粉末を、用いることが可能である。

【0032】

また、材料に含有可能な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、窒化ケイ素などを好ましく使用可能である。

【0033】

また、材料に使用可能な樹脂粉末、或いは、液体中に含有されるバインダーとしては、例えば、ＰＭＭＡ（アクリル）、ＡＢＳ（アクリロニトリル－ブタジエン－アクリル酸エステル）、ＡＳＡ（アクリロニトリル－スチレン－アクリル酸エステル）、ＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＡ（ポリアミド）、ＥＰ（エポキシ）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＳ（ポリスチレン）、パラフィンワックス、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、カルボキシメチルセルロース、ポリオキシメチレン、ポリメチルメタクリレートなどを好ましく使用可能である。また、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などを単独で或いは組み合わせて用いることができる。さらには、熱可塑性樹脂や、アクリルなどのような不飽和二重結合のラジカル重合を用いるタイプやエポキシなどのカチオン重合を用いるタイプの紫外線硬化性樹脂を用いることもできる。

【0034】

また、液体中に含有される溶剤としては、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。

【0035】

次に、図１の三次元造形装置１と成形体Ｓを脱脂及び焼結することが可能な焼結炉とを用いて実行可能な三次元造形方法の一例について、図２、並びに、図４及び図５を参照しつつ、図３のフローチャートを用いて説明する。なお、図２は、成形体Ｓにおける層５００のうちの層５０２を形成する際の一例を表している。

【0036】

本実施例の三次元造形物の製造方法においては、図３で表されるように、最初に、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を用いて造形データを三次元造形装置１に入力できる。

【0037】

次に、ステップＳ１２０の層形成工程で、材料供給部２から材料を造形テーブル９の造形面９ａに供給するとともにローラー６で材料を圧縮して均すことで層５００を形成する。図２の一番上の状態は、Ｘ１方向に供給ユニット８を移動して層５０２を形成している状態を表している。ここで、Ｘ１方向に供給ユニット８を移動して層５００を形成する場合は、材料供給部２Ａから材料を供給するとともにローラー６Ａで材料を圧縮して均すことで層５００を形成する。一方、Ｘ２方向に供給ユニット８を移動して層５００を形成する場合は、材料供給部２Ｂから材料を供給するとともにローラー６Ｂで材料を圧縮して均すことで層５００を形成する。

【0038】

次に、ステップＳ１３０の液体吐出工程で、層５００における三次元造形物の造形領域Ｐにバインダーを含む液体をヘッド３のノズルから吐出する。図２の上から２番目の状態は、Ｘ１方向に供給ユニット８を移動しつつ層５０２の造形領域Ｐに液体をヘッド３のノズルから吐出している状態を表している。ここで、Ｘ１方向に供給ユニット８を移動して層５００を形成する場合は、ヘッド３Ａから液体を吐出する。一方、Ｘ２方向に供給ユニット８を移動して層５００を形成する場合は、ヘッド３Ｂから液体を吐出する。

【0039】

次に、ステップＳ１４０の紫外線照射工程で、層５００における三次元造形物の造形領域Ｐに向けて紫外線照射部４から紫外線を照射する。図２の一番下の状態は、Ｘ１方向に供給ユニット８を移動しつつ層５０２における三次元造形物の造形領域Ｐに向けて紫外線照射部４から紫外線を照射している状態を表している。

【0040】

そして、ステップＳ１５０の造形データ終了有無判断工程で、三次元造形装置１の制御部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５００の形成が全て終了したかどうかを判断する。層５００の形成が全て終了していないと判断した場合、ステップＳ１２０の造形前フラッシング工程に戻り、次の層５００を形成する。一方、層５００の形成が全て終了したと判断した場合、ステップＳ１６０の支持工程に進む。

【0041】

上記のステップＳ１１０からステップＳ１５０までが、図１で表される三次元造形装置１を用いて実行される、成形体Ｓを形成する成形体形成工程に該当する。ここで、本実施例の三次元造形方法においては、成形体形成工程において、図２で表されるように、層５０１に成形体Ｓとして複数の凸部Ｓａを形成している。このため、ステップＳ１２０からステップＳ１５０までを繰り返して形成される成形体Ｓは、図４で表されるように、複数の凸部Ｓａを有する成形体となる。

【0042】

ステップＳ１６０の支持工程では、上記のステップＳ１２０からステップＳ１５０までが繰り返されることで形成された成形体Ｓを、ユーザーが支持体５に支持させる。支持体５にはＸ軸方向に延設される溝部Ｇが設けられており、図５で表されるように、成形体Ｓの凸部Ｓａが溝部Ｇに挿入された状態となるように、成形体Ｓを支持体５に支持させる。本実施例の支持体５は平板状であり、溝部ＧはＸ軸方向を長手方向とする四角形の貫通孔であるが、このような構成に限定されない。支持体５は平板状でなくてもよく、溝部Ｇは凸部Ｓａが挿入可能であれば貫通孔でなくてもよい。支持体５の材質についても特に限定はない。後述のステップＳ１７０の脱脂工程及びステップＳ１８０の焼結工程で、損傷や形状変化などを生じない材質であればよい。また、支持体５は、三次元造形装置１などを用いて造形してもよいが、市販の既製品などを使用してもよい。

【0043】

次に、ステップＳ１７０の脱脂工程では、支持体５に支持された状態の成形体Ｓにおけるバインダーなど、ステップＳ１２０からステップＳ１５０までを繰り返すことで製造された成形体Ｓの樹脂成分を、焼結炉などを用いて脱脂する。ステップＳ１７０の脱脂工程は、焼結炉以外の装置を用いて行ってもよい。また、脱脂の方法は、加熱することにより樹脂成分を揮発させる方法のほか、溶剤中に成形体Ｓを漬けて樹脂成分を溶解させる方法なども採用可能である。なお、樹脂製の三次元造形物を製造する場合など、製造する三次元造形物の種類などによっては、本ステップＳ１８０の脱脂工程を省略してもよい。

【0044】

そして、ステップＳ１８０の焼結工程では、ステップＳ１７０の脱脂工程で脱脂がなされた成形体Ｓを焼結炉などで加熱して材料を焼結する。ステップＳ１８０の焼結工程もステップＳ１７０の脱脂工程と同様、成形体Ｓが支持体５に支持された状態で実行される。ステップＳ１７０の脱脂工程及びステップＳ１８０の焼結工程を実行することにより、成形体Ｓは収縮するが、成形体Ｓの凸部ＳａがＸ軸方向を長手方向とする溝部Ｇに挿入された状態で脱脂及び焼結が行われるので、成形体Ｓの収縮を該長手方向の一方向に限定でき、成形体Ｓの収縮による歪み、ねじれ、ゆがみを抑制できる。

【0045】

なお、ステップＳ１７０の脱脂工程を実行した後においても成形体Ｓのバインダーなどの樹脂成分が残存していた場合でも、本ステップＳ１８０の焼結工程の実行に伴い該樹脂成分は除去される。そして、本ステップＳ１８０の焼結工程の終了に伴い、本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。

【0046】

上記のように、本実施例の三次元造形方法は、粉末とバインダーとを含む材料を用いて複数の凸部Ｓａを有する成形体Ｓを形成するステップＳ１２０からステップＳ１５０までの成形体形成工程を有する。また、成形体Ｓを支持体５に支持させる、ステップＳ１６０の支持工程を有する。ステップＳ１６０の支持工程では、図５で表されるように、凸部Ｓａの各々を挿入可能な位置に溝部Ｇを有する支持体５に、複数の凸部Ｓａの各々を溝部Ｇに挿入した状態で支持させる。そして、支持体５に支持された状態の成形体Ｓを加熱し、成形体Ｓを構成する粉末を焼結させるステップＳ１８０の焼結工程を有する。ここで、図５で表されるように、溝部Ｇは、Ｘ軸方向を長手方向としており、凸部Ｓａの挿入位置ＩからＸ軸方向において中央部側に向けて延設されている。別の表現をすると、溝部Ｇは、焼結工程を実行することによる成形体Ｓの収縮方向を規定する規定方向Ｄに、凸部Ｓａの挿入位置Ｉから延設されている。

【0047】

このように、本実施例の三次元造形方法では、複数の凸部Ｓａを有する成形体Ｓを形成し、複数の凸部Ｓａの各々を溝部Ｇに挿入した状態で成形体Ｓの収縮方向を規定しつつ焼結工程を実行する。このように、溝部Ｇの形状を規定方向ＤであるＸ軸方向に延設される形状としていることで、成形体Ｓの収縮方向を、無理な力が加わりにくい、Ｘ軸方向に規定できる。このため、本実施例の三次元造形方法を実行することで、成形体Ｓに無理な力を加えることなく収縮させることが可能になり、造形される三次元造形物の歪み、ねじれ、ゆがみ等を抑制することができる。

【0048】

ここで、成形体Ｓの形状に応じた規定方向Ｄとは、例えば、成形体Ｓの長手方向に沿う方向である。図４及び図５で表されるように、本実施例の成形体ＳはＸ軸方向を長手方向としている。焼結工程を実行すると、該焼結工程に伴って成形体Ｓの長手方向に沿って大きく収縮する。しかしながら、溝部Ｇの延設方向、すなわち、溝部Ｇによる規定方向Ｄを成形体Ｓの長手方向に沿う方向とすることで、焼結工程に伴って成形体Ｓに無理な力が加わり、成形体Ｓが歪むことを効果的に抑制することができる。

【0049】

図４及び図５で表されるように、凸部Ｓａは、円柱形状である。凸部Ｓａの形状に特に限定はないが、円柱形状、円筒形状または円錐形状であることが好ましい。凸部Ｓａが、円柱形状、円筒形状または円錐形状であれば、焼結工程に伴って成形体Ｓが収縮する際に凸部Ｓａが溝部Ｇに引っ掛かり成形体Ｓに無理な力が加わり歪むことを効果的に抑制することができるためである。

【0050】

また、上記のように、成形体Ｓの材料に含まれる粉末としては、様々な粉末を用いることができるが、金属粉末を用いることが好ましい。金属は頑丈であるため、頑丈な三次元造形物を、歪みが抑制された状態で造形することができるためである。

【0051】

また、上記のように支持体５としては様々な材質のものを使用できるが、支持体５はセラミックス製であることが好ましい。セラミックスは頑丈で熱に強いため、支持体５としてセラミックス製のものを使用することで、頑丈で熱に強い支持体５に三次元造形物を造形することができるためである。

【0052】

図５で表される支持体５は、Ｘ軸方向を長手方向とする四角形の溝部Ｇを有している。しかしながら、溝部Ｇは、成形体Ｓの収縮方向を規定する規定方向Ｄに凸部Ｓａの挿入位置Ｉから延設されている構成であれば、四角形に限定されない。例えば、図６で表されるように、Ｘ軸方向を長手方向とする三角形であって成形体Ｓの収縮方向を規定する規定方向Ｄに沿って幅が狭くなる溝部Ｇを有していてもよい。

【0053】

図６で表される支持体５の溝部Ｇのように、凸部Ｓａの挿入位置Ｉから延設される方向に向けて幅が狭くなっていることで、規定方向Ｄのずれを効果的に抑制できる。その理由としては、焼結工程に伴って成形体Ｓは全体的に収縮するので凸部Ｓａも収縮するが、凸部Ｓａが収縮して細くなった場合でも溝部Ｇが凸部Ｓａの挿入位置Ｉから延設される方向に向けて幅が狭くなっていることで、溝部Ｇと凸部Ｓａとの規定方向Ｄと交差する方向における隙間を小さく保つことができ、凸部Ｓａが細くなることに伴う規定方向Ｄのずれを抑制できるためである。

【0054】

図５で表される成形体Ｓ及び支持体５、並びに、図６で表される成形体Ｓ及び支持体５は共に、溝部Ｇによる規定方向Ｄは、Ｘ軸方向に沿う方向であり、別の表現をすると、２つの凸部Ｓａを結ぶ直線方向に沿う方向である。このように、溝部Ｇによる規定方向Ｄは、複数の凸部Ｓａのうちの少なくとも２つを結ぶ直線方向に沿う方向であることが好ましい。焼結工程に伴って複数の凸部Ｓａ同士の間隔は小さくなるが、規定方向Ｄを２つの凸部Ｓａを結ぶ直線方向に沿う方向とすることで、成形体Ｓに無理な力が加わり歪むことを効果的に抑制することができるためである。

【0055】

上記のように、図５で表される成形体Ｓ及び支持体５、並びに、図６で表される成形体Ｓ及び支持体５は共に、凸部Ｓａ及び溝部Ｇを２つずつ備え、成形体Ｓの長手方向と溝部Ｇの延設方向とが一致する構成である。しかしながら、このような構成に限定されない。凸部Ｓａ及び溝部Ｇを３つずつ以上備えていてもよい。また、成形体Ｓの長手方向と溝部Ｇの延設方向とが一致しない構成であってもよい。さらには、成形体Ｓの長手方向と溝部Ｇの延設方向とが一致する溝部Ｇと、成形体Ｓの長手方向と溝部Ｇの延設方向とが一致しない溝部Ｇと、を共に有する構成であってもよい。以下に、様々な構成の成形体Ｓ及び支持体５の例について説明する。ただし、このような構成例に限定されない。

【0056】

図７及び図８で表される成形体Ｓ及び図８で表される支持体５は、成形体Ｓの長手方向と溝部Ｇの延設方向とが一致しない構成例である。図７及び図８で表されるように直方体である成形体Ｓの長手方向はＸ軸方向に沿う方向であるが、図８で表されるように規定方向Ｄに対応する溝部Ｇの延設方向は平面視で直方体である成形体Ｓの対角線に沿う方向である。

【0057】

図９及び図１０で表される成形体Ｓ及び図１０で表される支持体５は、成形体Ｓの長手方向と溝部Ｇの延設方向とが一致する溝部Ｇと、成形体Ｓの長手方向と溝部Ｇの延設方向とが一致しない溝部Ｇと、を共に有する構成例である。図９及び図１０で表されるように、直方体である成形体Ｓは凸部Ｓａを４つ有し、このうち２つの凸部Ｓａを挿入可能な溝部ＧはＸ軸方向に沿う成形体Ｓの長手方向に沿って延設され、残りの２つの凸部Ｓａを挿入可能な溝部ＧはＹ軸方向に沿う成形体Ｓの短手方向に沿って延設されている。

【0058】

図１１及び図１２で表される成形体Ｓは、平面視で円形であり凸部Ｓａを４つ有している。また、図１２で表される支持体５は、凸部Ｓａの挿入位置Ｉから平面視で円形の成形体Ｓの中心に向かって延設される溝部Ｇを４つ有している。図１１及び図１２で表される成形体Ｓは平面視で円形であるため、長手方向及び短手方向という概念で表現できない。このため、図１１及び図１２で表される成形体Ｓ及び図１２で表される支持体５は、成形体Ｓの長手方向と溝部Ｇの延設方向とが一致しない構成例である。

【0059】

図１３で表される成形体Ｓは、平面視で円形であり凸部Ｓａを８つ有している。また、図１３で表される支持体５は、凸部Ｓａの挿入位置Ｉから平面視で円形の成形体Ｓの中心に向かって延設される溝部Ｇを８つ有している。すなわち、図１３で表される成形体Ｓ及び図１３で表される支持体５も、図１１及び図１２で表される成形体Ｓ及び図１２で表される支持体５と同様、成形体Ｓの長手方向と溝部Ｇの延設方向とが一致しない構成例である。

【0060】

図１４で表される成形体Ｓは、平面視で正方形のＺ軸方向に貫通する孔部を有するとともにＺ軸方向に扁平した四角柱状であり、凸部Ｓａを４つ有している。図１４で表される成形体Ｓは、平面視で正方形であり、長手方向及び短手方向という概念で表現できない。また、図１４で表される支持体５は、凸部Ｓａの挿入位置Ｉから成形体Ｓにおける平面視で西方形の孔部の中心に向かって延設される溝部Ｇを４つ有している。図１４で表される成形体Ｓ及び図１４で表される支持体５は、成形体Ｓの長手方向と溝部Ｇの延設方向とが一致しない構成例である。

【0061】

図１５で表される成形体Ｓは、Ｘ軸方向に沿って延設される部分とＹ軸方向に沿って延設される部分とを有し、平面視でＬ字型をしており、凸部Ｓａを４つ有している。そして、Ｘ軸方向に沿う方向を長手方向としている。また、図１５で表される支持体５は、Ｘ軸方向に沿って延設される溝部Ｇを２つと、Ｙ軸方向に沿って延設される溝部Ｇを２つと、を有している。図１５で表される成形体Ｓ及び図１５で表される支持体５は、成形体Ｓの長手方向と延設方向が一致する溝部Ｇと、成形体Ｓの長手方向と延設方向が一致しない溝部Ｇと、を共に有する構成例である。

【0062】

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】

【0063】

１…三次元造形装置、２…材料供給部、２Ａ…材料供給部、２Ｂ…材料供給部、
３…ヘッド、３Ａ…ヘッド、３Ｂ…ヘッド、４…紫外線照射部、５…支持体、
６…ローラー、６Ａ…ローラー、６Ｂ…ローラー、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、５００…層、
５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎ…層、Ｄ…規定方向、Ｇ…溝部、Ｉ…挿入位置、
Ｐ…造形領域、Ｓ…成形体

【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】

【図15】