JP2019018477A - 三次元造形物の製造方法及び三次元造形物製造用インク - Google Patents

三次元造形物の製造方法及び三次元造形物製造用インク Download PDF

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Abstract

【課題】レーザ焼結方式により三次元造形物を製造する際に、粉末の飛散を抑制することが可能な三次元造形物の製造方法及び三次元造形物製造用インクを提供する。【解決手段】三次元造形物の製造方法は、三次元造形物の原料である粉末状の造形材と前記造形材を分散させる溶媒とを含む造形材層を作業面に形成する造形材層形成工程と、前記造形材層のうち前記三次元造形物に対応する造形部分に含まれる前記造形材を焼結させる焼結工程と、前記造形材層から未焼結の前記造形材と前記溶媒とを除去することで、焼結された前記造形材を前記作業面に残す除去工程とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、三次元造形物の製造方法及び三次元造形物製造用インクに関する。
金属やプラスチックの粉末を層状に形成し、当該粉末にレーザを照射して焼結させることで三次元造形物を製造する、いわゆるレーザ焼結方式の三次元造形物の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１７−１１５１９４号公報
特許文献１に記載の製造方法では、粉末が飛散する可能性がある。粉末が飛散すると、周囲が汚れてしまうことになり、また原材料となる粉末の無駄にもなってしまう。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、レーザ焼結方式により三次元造形物を製造する際に、粉末の飛散を抑制することが可能な三次元造形物の製造方法及び三次元造形物製造用インクを提供することを目的とする。
本発明に係る三次元造形物の製造方法は、三次元造形物の原料でありレーザ光を照射することで焼結する粉末状の造形材と前記造形材を分散させる溶媒とを含む造形材層を作業面に形成する造形材層形成工程と、前記造形材層のうち前記三次元造形物に対応する造形部分に前記レーザ光を照射して前記造形材を焼結させる焼結工程と、前記造形材層から未焼結の前記造形材と前記溶媒とを除去することで、焼結された前記造形材を前記作業面に残す除去工程とを含む。
本発明によれば、造形材層形成工程において、粉末状の造形材が溶媒を含んだ状態の造形材層として作業面に形成される。このため、造形材の飛散を抑制できる。これにより、周囲が汚れることを抑制でき、造形材の無駄を低減できる。
上記の三次元造形物の製造方法において、前記造形材層形成工程は、前記造形材と前記溶媒とを含むインクをインクジェット印刷法によって前記作業面に吐出してインク層を形成することと、前記作業面に形成された前記インク層から前記溶媒の一部を除去することと、を含む。
本発明によれば、インクジェット印刷法によってインク層を形成した後にインク層から溶媒の一部を除去することで、溶媒を含んだ状態の造形材層を容易に形成することができる。
上記の三次元造形物の製造方法において、前記造形材層形成工程は、前記造形材と前記溶媒とを含むインクをスクリーン印刷によって前記作業面に層状に配置することを含む。
本発明によれば、造形材と溶媒とを含むインクをスクリーン印刷によって作業面に層状に配置することで、溶媒を含んだ状態の造形材層を容易に形成することができる。
上記の三次元造形物の製造方法は、前記作業面に形成され前記造形材の焼結が行われた前記造形材層上に新たな造形材層を積層する積層工程をさらに含み、前記焼結工程は、新たな前記造形材層のうち前記三次元造形物の形状に対応する造形部分に前記レーザ光を照射して前記造形材を焼結することを含む。
本発明によれば、造形材の焼結が行われた造形材層に新たな造形材層を積層し、当該新たな造形材層にレーザ光を照射して造形材を焼結させるため、造形材の飛散を抑制しつつ三次元造形物を効率的に製造することができる。
上記の三次元造形物の製造方法において、前記除去工程は、積層された複数の前記造形材層から未焼結の前記造形材と前記溶媒とをまとめて除去することを含む。
本発明によれば、除去工程において積層された複数の造形材層から未焼結の部分をまとめて除去することができるため、除去工程を効率的に行うことが可能となる。
本発明に係る三次元造形物製造用インクは、三次元造形物の原料でありレーザ光を照射することで焼結する粉末状の造形材と、前記造形材を分散させる溶媒と、前記溶媒中において前記造形材の粉末同士を連結するバインダとを含む。
本発明によれば、溶媒中においてバインダによって造形材の粉末同士が連結されるため、造形材の飛散を抑制できる。これにより、周囲が汚れることを抑制でき、造形材の無駄を低減できる。
本発明によれば、レーザ焼結方式により三次元造形物を製造する際に、粉末の飛散を抑制することが可能な三次元造形物の製造方法及び三次元造形物製造用インクを提供することができる。
図１は、第１実施形態に係る三次元造形物の製造方法の一例を示すフローチャートである。 図２は、第１実施形態に係る三次元造形物の製造過程を示す図である。 図３は、第１実施形態に係る三次元造形物の製造過程を示す図である。 図４は、第１実施形態に係る三次元造形物の製造過程を示す図である。 図５は、第２実施形態に係る三次元造形物の製造過程を示す図である。 図６は、第２実施形態に係る三次元造形物の製造過程を示す図である。 図７は、第２実施形態に係る三次元造形物の製造過程を示す図である。 図８は、第３実施形態に係る三次元造形物の製造過程を示す図である。 図９は、第３実施形態に係る三次元造形物の製造過程を示す図である。 図１０は、第３実施形態に係る三次元造形物の製造過程を示す図である。
以下、本発明に係る三次元造形物の製造方法及び三次元造形物製造用インクの実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る三次元造形物の製造方法の一例を示すフローチャートである。図２から図４は、第１実施形態に係る三次元造形物の製造過程を示す図である。図１及び図２に示すように、第１実施形態に係る三次元造形物の製造方法では、まず、造形材層形成工程ＳＴ１０を行う。
造形材層形成工程ＳＴ１０は、インクジェットプリンタ１０により架台２０の作業面２１上に三次元造形物を形成する。架台２０は、例えばプリントヒータ２２によって加熱される。
インクジェットプリンタ１０は、インクジェットヘッド１１と、乾燥装置１２と、これらを搭載するキャリッジ１３とを有する。インクジェットプリンタ１０は、キャリッジ１３により作業面２１上を一方向に走査しつつ、インクジェットヘッド１１のノズルから作業面２１にインクＱを吐出する。インクジェットヘッド１１は、ピエゾ型のヘッドを用いてもよいし、サーマルジェット型のヘッドを用いてもよい。また、インクジェットヘッド１１は、マルチパス型のヘッドであってもよいし、ライン型の１パス方式のヘッドであってもよい。また、インクジェットヘッド１１は、低解像度ヘッド又はディスペンサ等であってもよい。
インクＱは、三次元造形物１００の原料である造形材１５と、造形材を分散させる溶媒１６とを含む。造形材１５としては、例えば熱により溶解する金属、セラミック、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂のプラスチック粉末等が挙げられる。溶媒１６としては、例えば水、エチレングリコール系又はアルコール系の溶剤等が挙げられる。また、溶媒１６として、例えばエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、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メチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、酢酸ブチル、３−メトキシブチルアセテート溶剤等の溶剤が用いられてもよい。インクＱは、グリセリン、エチレングリコール、水溶性ポリビニルアルコール等の増粘剤又は糊剤が添加されてもよい。また、インクＱは、溶媒１６中において造形材１５の粉末同士を連結するバインダ１７を含んでもよい。バインダ１７としては、例えばデンプン、ポリビニルアルコール等の有機バインダ等が挙げられる。
乾燥装置１２は、インクジェットヘッド１１に対してキャリッジ１３の主走査方向に並んで配置される。乾燥装置１２は、紫外線ＵＶを射出する不図示の光源を有する。乾燥装置１２は、作業面２１に吐出されたインクＱに紫外線ＵＶを照射し、インクＱに含まれる溶媒１６を蒸発させる。
造形材層形成工程ＳＴ１０において、まず、インクジェットプリンタ１０は、作業面２１上の領域の全面に亘ってインクＱを層状に配置し、インク層４４を形成する。その後、インク層４４に対して乾燥装置１２から紫外線ＵＶを照射することで、紫外線ＵＶのエネルギーによりインク層４４に含まれる溶媒１６の一部が蒸発する。溶媒１６の一部が蒸発することにより、インク層４４における溶媒１６の体積比率が低下して粘度が高められ、造形材層４０が形成される。粘度が高められた造形材層４０は、半固形状又は固形状となり、作業面２１における広がりが抑制されるため、形状が維持される。また、プリントヒータ２２の加熱により、溶媒１６の一部を蒸発させることができる。
乾燥装置１２及びプリントヒータ２２により、例えばインクＱにおける溶媒１６の割合が２０体積％程度になるようにする。つまり、乾燥装置１２及びプリントヒータ２２により造形材層４０から溶媒１６が蒸発された後においても、造形材層４０には溶媒１６が含まれている。このため、造形材層４０に含まれる造形材１５の飛散が抑制される。
次に、図２に示すように、焼結工程ＳＴ２０は、レーザヘッド３０を用いて行う。レーザヘッド３０は、例えば半導体レーザ、パルスレーザ、エキシマレーザ、各種ガスレーザ（炭酸ガスレーザ等）等を用いることができる。レーザヘッド３０は、造形材層４０のうち三次元造形物の造形部分にレーザ光Ｌを照射する。造形部分に含まれる造形材１５は、レーザ光Ｌが照射されることで、レーザ光の熱エネルギーによって焼結され、焼結部４６が形成される。焼結工程ＳＴ２０では、レーザ光Ｌの照射方向を調整可能である。例えば、本実施形態における焼結工程ＳＴ２０におけるレーザ光Ｌの照射方向は、造形材層４０の上方から垂直にレーザ光Ｌを照射する場合を例に挙げて説明しているが、これに限定されない。例えば、レーザ光Ｌを垂直方向に対して傾斜させて照射してもよい。また、レーザ光を垂直方向に対して傾斜させて照射した状態で、レーザヘッド３０を回転させることにより、環状の領域にレーザ光Ｌを容易に照射することができる。
次に、図３に示すように、積層工程ＳＴ３０では、造形材層形成工程ＳＴ１０と同様に、インクジェットプリンタ１０が用いられる。積層工程ＳＴ３０は、焼結工程ＳＴ２０が行われた造形材層４０上に新たな造形材層４０を形成する。以下、作業面２１上に形成される造形材層４０について、各層を区別する場合には、下層側の造形材層４０を造形材層４１と表記し、上層側の造形材層４０を造形材層４２と表記する。積層工程ＳＴ３０において、造形材層４２は、例えば造形材層形成工程ＳＴ１０と同様の手法により、下層側の造形材層４１上の略全面に亘って形成される。
次に、図３に示すように、焼結工程ＳＴ４０は、焼結工程ＳＴ２０と同様に、レーザヘッド３０を用いて行う。レーザヘッド３０は、造形材層４２のうち三次元造形物の造形部分にレーザ光Ｌを照射する。造形部分に含まれる造形材１５は、レーザ光Ｌが照射されることで、レーザ光Ｌのエネルギーによって焼結される。また、焼結工程ＳＴ４０において、下層側の造形材層４１の焼結部４６に重なって配置される造形部分については、レーザ光Ｌが照射されることで、下層側の造形材層４１の焼結部４６と一体となって焼結される。
次に、図４に示すように、焼結工程ＳＴ４０が完了した段階で三次元造形物が完成していない場合（ステップＳＴ５０のＮｏ）、三次元造形物が完成するまで積層工程ＳＴ３０及び焼結工程ＳＴ４０を繰り返し行う。積層工程ＳＴ３０及び焼結工程ＳＴ４０を行った結果、三次元造形物が完成した場合（ステップＳＴ５０のＹｅｓ）、除去工程ＳＴ６０を行う。
除去工程ＳＴ６０は、積層された複数の造形材層４０から、焼結が行われなかった未焼結部分と溶媒１６とをまとめて除去する。除去工程ＳＴ６０では、例えば積層された複数の造形材層４０を水等の液体に浸すことにより、未焼結部分を除去する。インクＱにバインダ１７が含まれる場合、バインダ１７を溶解する溶剤を液体に加えてもよい。これにより、バインダ１７を溶解することができるため、造形材１５同士の連結が解除され、紛体を除去しやすくすることができる。除去工程ＳＴ６０では、未焼結部分を除去することにより、焼結部４６が作業面２１に残る。このように、未焼結部分をまとめて除去することにより、焼結部４６を効率的に作業面２１上に残すことができる。作業面２１上に残った焼結部４６は、三次元造形物１００として得られる。除去工程ＳＴ６０により除去される未焼結部分は、回収装置５０等を用いて回収し、再利用することが可能である。このため、造形材１５の無駄を低減できる。
本実施形態に係る三次元造形物の製造方法によれば、三次元造形物１００の原料である造形材１５と当該造形材１５を分散させる溶媒１６とを含む造形材層４０を作業面２１に形成する造形材層形成工程ＳＴ１０と、造形材層４０のうち三次元造形物１００に対応する造形部分４５にレーザ光Ｌを照射して造形材１５を焼結させる焼結工程ＳＴ２０と、造形材層４０から未焼結の造形材１５と溶媒１６とを除去することで、焼結された造形材１５である焼結部４６を作業面２１に残す除去工程ＳＴ６０とを含む。
この構成によれば、造形材層形成工程ＳＴ１０において、粉末状の造形材１５が溶媒１６を含んだ状態の造形材層４０として作業面２１に形成される。このため、造形材１５の飛散を抑制できる。これにより、周囲が汚れることを抑制でき、造形材１５の無駄を低減できる。また、造形材１５として、紫外線硬化型インク等の樹脂材料のみならず、金属又はセラミックを造形材１５として用いることができるため、耐熱性又は対候性の高い三次元造形物１００を製造することができる。また、レーザ光の照射角度を調整することができるため、三次元造形物１００を高精度に製造可能である。
また、上記の三次元造形物の製造方法において、造形材層形成工程ＳＴ１０は、造形材１５と溶媒１６とを含むインクＱを作業面２１に吐出してインク層４４を形成することと、作業面２１に形成されたインク層４４から溶媒１６の一部を除去することと、を含む。これにより、インクジェット装置を用いて造形材層４０を容易に形成することができる。
また、上記の三次元造形物の製造方法において、作業面２１に形成され造形材１５の焼結が行われた造形材層４１上に新たな造形材層４２を積層する積層工程ＳＴ３０を更に含み、焼結工程は、新たな造形材層４２のうち三次元造形物１００に対応した造形部分４７にレーザ光Ｌを照射して造形材１５を焼結する焼結工程ＳＴ４０を含む。これにより、造形材１５の焼結が行われた造形材層４１に新たな造形材層４２を積層し、当該新たな造形材層４２にレーザ光Ｌを照射して造形材１５を焼結させるため、造形材１５の飛散を抑制しつつ三次元造形物１００を効率的に製造することができる。
また、上記の三次元造形物の製造方法において、除去工程ＳＴ６０は、積層された複数の造形材層４０から未焼結の造形材１５と溶媒１６とをまとめて除去することを含む。これにより、除去工程ＳＴ６０を効率的に行うことができるため、全体の流れに要する時間を短くできる。
本実施形態に係るインクＱは、三次元造形物１００の原料でありレーザ光Ｌを照射することで焼結する粉末状の造形材１５と、造形材１５を分散させる溶媒１６と、溶媒１６中において造形材１５の粉末同士を連結するバインダ１７とを含む。溶媒１６中においてバインダ１７によって造形材１５の粉末同士が連結されるため、造形材１５の飛散を抑制できる。これにより、周囲が汚れることを抑制でき、造形材１５の無駄を低減できる。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態を説明する。第２実施形態では、模様、絵柄等が付された三次元造形物１０１（図７参照）を製造する場合を例に挙げて説明する。図５から図７は、第２実施形態に係る三次元造形物の製造過程を示す図である。第２実施形態に係る三次元造形物の製造方法は、第１実施形態と同様、造形材層形成工程ＳＴ１１０と、焼結工程ＳＴ１２０と、造形材層を積層する積層工程ＳＴ１３０と、焼結工程ＳＴ１４０と、当該焼結工程ＳＴ１４０が完了した段階で三次元造形物が完成している場合（ステップＳＴ１５０のＹｅｓ）に行う除去工程１６０と、を有する。
図５に示すように、本実施形態において、インクジェットプリンタ１０Ａは、吐出するインクの種類が異なるインクジェットヘッド１１、１４を有する。インクジェットヘッド１１は、第１実施形態におけるインクＱと同様の成分のインクＱ１を吐出する。
インクジェットヘッド１４は、着色用インクＱ２を吐出する。着色用インクＱ２は、着色材として、例えば無機顔料、有機顔料等の粉末を含んでいる。また、着色用インクＱ２は、溶媒１６として、例えば水、エチレングリコール系又はアルコール系等の溶剤、炭化水素系の溶剤等を単独で用いた溶媒１６又は混合した溶媒１６を含んでいる。着色用インクＱ２は、後述する焼結工程ＳＴ１２０において焼結されることでインクＱ１とは異なる色を発色し、三次元造形物の模様、絵柄等を構成する。
本実施形態における造形材層形成工程ＳＴ１１０において、インクジェットプリンタ１０Ａは、例えば第１実施形態と同様に、インクジェットヘッド１１により、作業面２１上の領域の全面に亘ってインクＱを層状に配置し、インク層４４を形成する。なお、インクジェットプリンタ１０Ａは、必要に応じてインクジェットヘッド１４から着色用インクＱ２を吐出し、インク層４４の一部に着色用インクＱ２の層を配置してもよい。
その後、第１実施形態と同様、インク層４４に対して乾燥装置１２から紫外線ＵＶを照射することで、紫外線ＵＶのエネルギーによりインク層４４に含まれる溶媒１６の一部が蒸発する。乾燥装置１２により造形材層４０に紫外線ＵＶが照射された後においても、造形材層４０には溶媒１６が含まれている。このため、造形材層４０に含まれる造形材１５の飛散が抑制される。
次に、図５に示すように、焼結工程ＳＴ１２０は、レーザヘッド３０を用いて行う。レーザヘッド３０は、造形材層４１のうち三次元造形物の造形部分４５にレーザ光Ｌを照射する。造形部分４５に含まれる造形材１５は、レーザ光Ｌが照射されることで、レーザ光の熱エネルギーによって焼結され、焼結部４６を形成する。
次に、図６に示すように、積層工程ＳＴ１３０では、インクジェットプリンタ１０Ａが用いられる。積層工程ＳＴ１３０は、焼結工程ＳＴ１２０が行われた造形材層４１上に新たな造形材層４２を形成する。新たな造形材層４２は、例えば造形材層形成工程ＳＴ１１０と同様の手法により、下層側の造形材層４１上の略全面に亘って形成される。
本実施形態における積層工程ＳＴ１３０において、図６に示すように、インクジェットヘッド１１は、インクＱ１を吐出し、インク層４４を形成する。また、インクジェットヘッド１４は、着色用インクＱ２を吐出し、インク層４４の一部に着色用インクＱ２による着色用インク層４４ａを形成する。また、乾燥装置１２は、作業面２１に形成されたインク層４４及び着色用インク層４４ａに紫外線ＵＶを照射し、インク層４４及び着色用インク層４４ａに含まれる溶媒１６の一部を蒸発させる。これにより、着色材層４２ａを含む造形材層４２が形成される。
次に、図６に示すように、焼結工程ＳＴ１４０は、焼結工程ＳＴ１２０と同様に、レーザヘッド３０を用いて行う。レーザヘッド３０は、造形材層４２のうち三次元造形物の造形部分４７にレーザ光Ｌを照射する。造形部分４７に含まれる造形材１５は、レーザ光Ｌが照射されることで、レーザ光Ｌのエネルギーによって焼結される。また、焼結工程ＳＴ１４０において、下層側の造形材層４１の焼結部４６に重なって配置される造形部分４７に含まれる造形材１５は、レーザ光Ｌが照射されることで、下層側の造形材層４１の焼結部４６と一体となって焼結される。また、着色材層４２ａは、レーザ光Ｌが照射されることにより、焼結されて着色部４８となる。
焼結工程ＳＴ１４０が完了した段階で三次元造形物が完成していない場合（ステップＳＴ１５０のＮｏ）、三次元造形物が完成するまで積層工程ＳＴ１３０及び焼結工程ＳＴ１４０を繰り返し行う。積層工程ＳＴ３０及び焼結工程ＳＴ１４０を行った結果、図７に示すように、焼結部４６により三次元造形物が完成した場合（ステップＳＴ１５０のＹｅｓ）、除去工程ＳＴ１６０を行う。
除去工程ＳＴ１６０は、第１実施形態と同様の手順で行うことができる。除去工程ＳＴ１６０を行うことにより、図７に示すように、未焼結部分が除去され、焼結部４６が作業面２１に残る。このように、未焼結部分をまとめて除去することにより、焼結部４６を効率的に作業面２１上に残すことができる。作業面２１上に残った焼結部４６は、三次元造形物１０１として得られる。
本実施形態に係る三次元造形物の製造方法によれば、造形材層形成工程ＳＴ１１０及び積層工程ＳＴ１３０の少なくとも一方が、着色用インクＱ２を吐出して着色用インク層４４ａを形成することと、着色用インク層４４ａに含まれる溶媒１６の一部を蒸発させることとを含む。これにより、模様、絵柄等が付された三次元造形物１０１を得ることができる。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態を説明する。図８から図１０は、第３実施形態に係る三次元造形物の製造過程を示す図である。第３実施形態に係る三次元造形物の製造方法は、第１実施形態と同様、造形材層形成工程ＳＴ２１０と、焼結工程ＳＴ２２０と、造形材層を積層する積層工程ＳＴ２３０と、焼結工程ＳＴ２４０と、当該焼結工程ＳＴ２４０が完了した段階で三次元造形物が完成している場合（ステップＳＴ２５０のＹｅｓ）に行う除去工程２６０と、を有する。第３実施形態では、造形材層形成工程ＳＴ２１０及び積層工程ＳＴ２３０において、スクリーン印刷法によって造形材層を形成する場合を例に挙げて説明する。
図８に示すように、本実施形態において、造形材層形成工程ＳＴ２１０において、スクリーン印刷装置５０は、スクリーン５１上に配置したインクＱ３をスキージ５２によって作業面２１上に配置する。インクＱ３は、三次元造形物の原料である造形材１５と、造形材１５を分散させる溶媒１６とを含む。インクＱ３は、バインダ１７を含んでもよい。造形材１５及び溶媒１６の成分としては、上記実施形態におけるインクＱ１と同様である。インクＱ３は、溶媒１６の体積比率が上記実施形態におけるインクＱ１よりも低い。このため、インクＱ３の粘度は、上記実施形態におけるインクＱ１の粘度よりも高い。したがって、造形材層形成工程ＳＴ２１０では、造形材層６０に紫外線等を照射して溶媒１６の一部を蒸発させなくてもよい。
次に、図８に示すように、焼結工程ＳＴ２２０では、レーザヘッド３０により、造形材層６０のうち三次元造形物の造形部分６５にレーザ光Ｌを照射する。造形部分６５に含まれる造形材１５は、レーザ光Ｌが照射されることで、レーザ光Ｌの熱エネルギーによって焼結され、焼結部６６が形成される。
次に、図９に示すように、積層工程ＳＴ２３０では、造形材層形成工程ＳＴ２１０と同様に、スクリーン印刷装置５０が用いられる。積層工程ＳＴ２３０は、焼結工程ＳＴ２２０が行われた造形材層６０上に新たな造形材層６０を形成する。以下、作業面２１上に形成される造形材層６０について、各層を区別する場合には、下層側の造形材層６０を造形材層６１と表記し、上層側の造形材層６０を造形材層６２と表記する。積層工程ＳＴ２３０において、造形材層６２は、例えば造形材層形成工程ＳＴ２１０と同様の手法により、下層側の造形材層６１上の略全面に亘って形成される。
次に、図９に示すように、焼結工程ＳＴ２４０は、焼結工程ＳＴ２２０と同様に、レーザヘッド３０を用いて行う。レーザヘッド３０は、造形材層６２のうち三次元造形物の造形部分６７にレーザ光Ｌを照射する。造形部分６７に含まれる造形材１５は、レーザ光Ｌが照射されることで、レーザ光Ｌのエネルギーによって焼結される。また、焼結工程ＳＴ２４０において、下層側の造形材層６１の焼結部６６に重なって配置される造形部分６７については、レーザ光Ｌが照射されることで、下層側の造形材層６１の焼結部６６と一体となって焼結される。
その後、第１実施形態と同様に、焼結工程ＳＴ２４０が完了した段階で三次元造形物が完成していない場合、三次元造形物が完成するまで積層工程ＳＴ２３０及び焼結工程ＳＴ２４０を繰り返し行う。積層工程ＳＴ２３０及び焼結工程ＳＴ２４０を行った結果、三次元造形物が完成した場合、除去工程ＳＴ２６０を行う。
除去工程ＳＴ２６０は、第１実施形態と同様の手順で行うことができる。除去工程ＳＴ２６０を行うことにより、図１０に示すように、未焼結部分が除去され、焼結部６６が作業面２１に残る。このように、未焼結部分をまとめて除去することにより、焼結部６６を効率的に作業面２１上に残すことができる。作業面２１上に残った焼結部６６は、三次元造形物１０２として得られる。
本実施形態に係る三次元造形物の製造方法によれば、造形材層形成工程ＳＴ２１０及び積層工程ＳＴ１３０の少なくとも一方は、造形材１５と溶媒１６とを含むインクＱ３をスクリーン印刷によって作業面２１に層状に配置することを含む。これにより、粘度の高いインクＱ３による造形材層６０を作業面２１に容易に配置することができる。
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。例えば、インクＱ、Ｑ１、Ｑ３に含まれる造形材１５としては、上記に限定されるものではなく、例えば以下のような無機材料又は有機材料が用いられてもよい。無機材料としては、例えばセラミック、無機顔料、金属、合金、金属酸化物、粘土、これらの混合物等が用いられてもよい。また、有機バインダが添加された粘性体が用いられてもよい。この場合、後述の焼結時に有機バインダが気化又は燃焼してほとんどが消滅するため、加工時の形状維持を図ることができる。
また、例えばポロウレタン樹脂、シリコン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ヨウ素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアクリルフタレート樹脂等の熱硬化性樹脂については、コロイドやエマルジョン状にして使用することができる。
また、熱可塑性樹脂としては、アクリル、ポリアセタール、ポリアミド、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネイト、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニール、ＡＢＳ樹脂、アクリロニトリル、スチレン樹脂等を用いることができる。
また、着色用インクＱ２に含まれる着色材としては、例えば、セラミック顔料、金属粉末等の無機顔料、釉薬又は鉛ガラス等のフラックス粉末等が挙げられる。また、着色材としては、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックといった各種自然色の色材だけでなく、ホワイト、パール、メタリック、蛍光、燐光、蓄光色等の色材を用いてもよい。
また、上記実施形態においては、インクＱ、Ｑ１、Ｑ３、着色用インクＱ２の粘度を調整するための溶媒１６として溶剤を用いる場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、例えばデンプン、ポリビニルアルコール等のバインダ１７又は親水性の粘度調整剤を用いる時焼結用インク等については、水の含有量を調整することで粘度調整を行ってもよい。
また、上記第１実施形態におけるインクＱ及び第２実施形態におけるインクＱ１、着色用インクＱ２は、乾燥装置１２から照射される紫外線ＵＶを効率的に吸収するため、紫外線吸収剤を含む構成であってもよい。この場合、紫外線吸収剤としては、例えば酸化亜鉛等の無機物や、イソプロピルチオキサントン、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、トリアジン系紫外線吸収剤、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤等を用いることができる。この場合、各紫外線吸収剤をインクＱ、Ｑ１、着色用インクＱ２に０．０５〜数重量％程度加えることができる。
また、上記実施形態では、除去工程を行うことで三次元造形物が得られる場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、除去工程を行った後、得られる三次元造形物に研磨加工を行い、表面精度を向上させてもよい。また、得られた三次元造形物に釉薬等を塗布して焼成してもよい。また、造形材１５として樹脂を用いて三次元造形物を製造した場合、得られる三次元造形物の表面に樹脂層を塗布して表面加工を行ってもよい。
Ｌ…レーザ光、Ｑ，Ｑ１，Ｑ３…インク、Ｑ２…着色用インク、ＳＴ１０，ＳＴ１１０，ＳＴ２１０…造形材層形成工程、ＳＴ２０，ＳＴ１２０，ＳＴ４０，ＳＴ２２０，ＳＴ１４０，ＳＴ２４０…焼結工程、ＳＴ３０，ＳＴ１３０，ＳＴ２３０…積層工程、ＳＴ６０，ＳＴ１６０，ＳＴ２６０，１６０，２６０…除去工程、１０，１０Ａ…インクジェットプリンタ、１１，１４…インクジェットヘッド、１２…乾燥装置、１３…キャリッジ、１５…造形材、１６…溶媒、１７…バインダ、２０…架台、２１…作業面、２２…プリントヒータ、３０…レーザヘッド、４０，４１，４２，６０，６１，６２…造形材層、４２ａ…着色材層、４４…インク層、４４ａ…着色用インク層、４５，４７，６５，６７…造形部分、４６，６６…焼結部、４８…着色部、５０…スクリーン印刷装置、５１…スクリーン、５２…スキージ、１００，１０１，１０２…三次元造形物

Claims (6)

  1. 三次元造形物の原料でありレーザ光を照射することで焼結する粉末状の造形材と前記造形材を分散させる溶媒とを含む造形材層を作業面に形成する造形材層形成工程と、
    前記造形材層のうち前記三次元造形物に対応する造形部分に前記レーザ光を照射して前記造形材を焼結させる焼結工程と、
    前記造形材層から未焼結の前記造形材と前記溶媒とを除去することで、焼結された前記造形材を前記作業面に残す除去工程と
    を含む三次元造形物の製造方法。
  2. 前記造形材層形成工程は、
    前記造形材と前記溶媒とを含むインクをインクジェット印刷法によって前記作業面に吐出してインク層を形成することと、
    前記作業面に形成された前記インク層から前記溶媒の一部を除去することと、を含む
    請求項１に記載の三次元造形物の製造方法。
  3. 前記造形材層形成工程は、前記造形材と前記溶媒とを含むインクをスクリーン印刷によって前記作業面に層状に配置することを含む
    請求項１に記載の三次元造形物の製造方法。
  4. 前記作業面に形成され前記造形材の焼結が行われた前記造形材層上に新たな造形材層を積層する積層工程をさらに含み、
    前記焼結工程は、新たな前記造形材層のうち前記三次元造形物の形状に対応する造形部分に前記レーザ光を照射して前記造形材を焼結することを含む
    請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法。
  5. 前記除去工程は、積層された複数の前記造形材層から未焼結の前記造形材と前記溶媒とをまとめて除去することを含む
    請求項４に記載の三次元造形物の製造方法。
  6. 三次元造形物の原料でありレーザ光を照射することで焼結する粉末状の造形材と、
    前記造形材を分散させる溶媒と、
    前記溶媒中において前記造形材の粉末同士を連結するバインダと
    を含む三次元造形物製造用インク。
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