CN106827527A - 三维造型物的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供迅速地制造高精度的三维造型物的三维造型物的制造方法。该三维造型物的制造方法通过将层层叠而形成层叠体来制造三维造型物，其特征在于，具有：构成层形成工序，形成与三维造型物的构成区域对应的构成层(310)；支撑层形成工序，使包含树脂的流动性组合物以液滴的状态从喷吐部喷吐来形成与构成层(310)接触并支撑该构成层(310)的支撑层(300)；固化工序，使支撑层(300)固化；以及加热工序，加热通过构成层形成工序、支撑层形成工序和固化工序形成的层叠体。

Description

三维造型物的制造方法

技术领域

本发明涉及三维造型物的制造方法。

背景技术

一直以来，已经实施了通过层叠层来制造三维造型物的制造方法。其中，已经公开了一种边使用流动性组合物来形成层、边制造三维造型物的制造方法。

例如，在专利文献1中公开了一种下述的制造方法：其使用金属浆料形成层，边向三维造型物的对应区域照射激光而使其烧结或熔融的同时，边制造三维造型物。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-184622号公报

然而，在现有的三维造型物的制造方法中，形成一定厚度的层来制造三维造型物。为此，如果想要提升制造速度，就必须增大层的厚度并提高金属浆料等包含粒子的流动性组合物的供给速度(增大每单位时间的供给量)，导致制造精度降低。另一方面，如果想要提高制造精度，就必须缩小层的厚度，以高精度来供给金属浆料等包含粒子的流动性组合物，导致制造速度下降。这样，在现有的三维造型物的制造方法中，制造速度与制造精度只能进行折衷。

发明内容

因此，本发明的目的是迅速地制造高精度的三维造型物。

用于解决上述技术问题的本发明第一方面的三维造型物的制造方法其特征在于，通过层叠层而形成层叠体来制造三维造型物，所述制造方法具有：构成层形成工序，形成与三维造型物的构成区域对应的构成层；支撑层形成工序，使包含树脂的流动性组合物以液滴的状态从喷吐部中喷吐来形成与所述构成层接触并支撑该构成层的支撑层；固化工序，使所述支撑层固化(凝固)；以及加热工序，加热通过所述构成层形成工序、所述支撑层形成工序和所述固化工序形成的所述层叠体。

根据本方面，具有：构成层形成工序，形成构成层；以及支撑层形成工序，使包含树脂的流动性组合物以液滴的状态从喷吐部中喷吐来形成支撑层。例如，通过使用树脂以溶解状态、微细粒状态分散的流动性组合物，从而能以高精度形成限定三维造型物的轮廓的形状的支撑层(能够抑制由于存在粒径大的固体组分(粒子)而导致表面形状产生凹凸)。并且，通过迅速地形成在三维造型物中无需以高精度形成的构成内部的构成层，从而能迅速地制造高精度的三维造型物。

在此，“轮廓”是指形成三维造型物的表面的形状的部分。当在三维造型物的表面设有涂层的情况等下，有时也指涂层的下层。

本发明第二方面的三维造型物的制造方法其特征在于，在上述第一方面中，在所述加热工序中将所述支撑层分解除去并烧结所述构成层。

根据本方面，加热工序使支撑层分解除去并使构成层烧结。即，通过该加热工序一并使层叠体烧结。为此，支撑层能够抑制构成层的形状走样直至形成层叠体后在加热工序中被分解除去，能够以特别高精度形成三维造型物。

本发明第三方面的三维造型物的制造方法其特征在于，在上述第一或第二方面中，在所述构成层形成工序中，使流动性组合物以液滴的状态从喷吐部中喷吐来形成所述构成层，并且，通过所述支撑层形成工序形成所述支撑层时的至少一部分液滴比通过所述构成层形成工序形成所述构成层时的至少一部分液滴小。

根据本方面，用比形成构成层时的液滴小的液滴形成支撑层。即，用相对小的液滴形成限定三维造型物的轮廓形状的支撑层，而用相对大的液滴形成构成三维造型物的内部的构成层。为此，能以高精度形成在三维造型物中需要以高精度形成的限定轮廓形状的支撑层，并且，能迅速地形成在三维造型物中无需以高精度形成的构成内部的构成层。因而，能迅速地制造高精度的三维造型物。

本发明第四方面的三维造型物的制造方法其特征在于，在上述第一至第三任一方面中，所述树脂是紫外线固化树脂，在所述固化工序中，向所述支撑层照射紫外线。

根据本方面，树脂是紫外线固化树脂，在固化工序中向支撑层照射紫外线。为此，能简单地以高精度形成支撑层。

本发明第五方面的三维造型物的制造方法其特征在于，在上述第一至第三任一方面中，所述树脂是热固化树脂，在所述固化工序中加热所述支撑层。

根据本方面，树脂是热固化树脂，在固化工序中加热支撑层。为此，能简单地以高精度形成支撑层。

本发明第六方面的三维造型物的制造方法其特征在于，在上述第一至第三任一方面中，在所述支撑层形成工序中，使固体的所述树脂熔融而以液滴的状态从喷吐部中喷吐来形成所述支撑层，在所述固化工序中，使熔融的所述树脂冷却而固化。

根据本方面，在支撑层形成工序中使固体的树脂熔融而使其以液滴的状态从喷吐部中喷吐来形成支撑层，并在固化工序中使熔融的树脂冷却而固化。为此，能简单地以高精度形成支撑层。

需要注意的是，“冷却而固化”除了是指积极地冷却树脂而使其固化以外，还包含树脂自然冷却而固化的含义。

本发明第七方面的三维造型物的制造方法其特征在于，在上述第一至第六任一方面中，形成所述构成层的材料包括镁、铁、铜、钴、钛、铬、镍、铝、马氏体时效钢、不锈钢、钴铬钼、钛合金、镍合金、铝合金、钴合金、钴铬合金、氧化铝、二氧化硅中的至少一种。

根据本方面，能制造刚性特别高的三维造型物。

本发明第八方面的三维造型物的制造方法其特征在于，在上述第一至第七任一方面中，形成所述支撑层的材料包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯丁醛(聚乙烯醇缩丁醛)、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、(甲基)丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、石蜡中的至少一种。

由于聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯丁酸酯、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、(甲基)丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、石蜡具有作为粘合剂的功能，因此，根据本方面，能抑制支撑层在使支撑层固化的固化工序前走样(变形)。

本发明第九方面的三维造型物的制造方法其特征在于，在上述第二方面中，在所述加热工序中将90％以上的所述支撑层分解除去。

根据本方面，加热工序将90％以上的支撑层分解除去。为此，能在加热工序后从三维造型物的构成层简单地除去剩余的支撑层。

附图说明

图1的(A)是表示本发明一实施方式所涉及的三维造型物的制造装置的构成的简要构成图，图1的(B)是图1的(A)所示的C部的放大图。

图2的(A)是表示本发明一实施方式所涉及的三维造型物的制造装置的构成的简要构成图，图2的(B)是图2的(A)所示的C’部的放大图。

图3的(A)是表示本发明一实施方式所涉及的三维造型物的制造装置的构成的简要构成图，图3的(B)是支撑层的构成例，图3的(C)是头部的喷嘴配置图。

图4的(A)是表示本发明的另一实施方式所涉及的三维造型物的制造装置的构成的简要构成图，图4的(B)是支撑层的构成例，图4的(C)是头部的喷嘴配置图。

图5是从图1的(B)所示的D方向观察本发明一实施方式所涉及的头座时的外观图。

图6是图5所示的E-E’部的截面图。

图7A～图7C是概念性说明本发明一实施方式所涉及的头部单元的配置与着落部的形成方式的关系的平面图。

图8A和图8B是概念性说明本发明一实施方式所涉及的头部单元的配置与着落部的形成方式的关系的平面图。

图9是概念性说明本发明一实施方式所涉及的头部单元的配置与着落部的形成方式的关系的平面图。

图10A和图10B是表示配置于头座的头部单元的其它配置例的示意图。

图11A～图11E是表示本发明一实施例所涉及的三维造型物的制造过程的简图。

图12A和图12B是表示本发明一实施例所涉及的三维造型物的制造过程的简图。

图13A～图13E是表示本发明一实施例所涉及的三维造型物的制造过程的简图。

图14A和图14B是表示本发明一实施例所涉及的三维造型物的制造过程的简图。

图15是本发明一实施例所涉及的三维造型物的制造方法的流程图。

附图标记说明

50、50a、50b、50c、50d、50e、50f、50g和50h：着落部；110：基座；111：驱动装置；120：工作台；121：样品板；130、130’：头座支撑部；300：支撑层；310：构成层；320：空间部；400：控制单元；410：工作台控制器；500：三维造型物；501、502和503：层；1100、1100’：头座；1200：构成材料供给装置；1200’：支撑部形成用材料供给装置；1210：构成材料供给单元；1210’：支撑部形成用材料供给单元；1210a：构成材料收纳部；1210a’：支撑部形成用材料收纳部；1220、1220’：供给管；1230：构成材料喷吐部(喷吐部)；1230a：喷吐喷嘴；1230b：喷吐驱动部；1400：头部单元；1400a：保持夹具；1401、1402、1403、1404、1405、1406、1407和1408：头部单元；1500：材料供给控制器；1600：头部单元；1600a：头部(喷吐部、支撑部形成用材料喷吐部)；1600b：喷吐驱动部；1600c：喷吐喷嘴；1600d：喷嘴列；1700：紫外线照射单元；1700a：照射部；1700b：照射口；1710：紫外线照射部控制器；2000：形成装置(三维造型物的制造装置)；M：材料(构成材料)；O：三维造型物的完成体。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明涉及的实施方式。

图1的(A)、图1的(B)、图2的(A)和图2的(B)是表示本发明一实施方式所涉及的三维造型物的制造装置的构成的简要构成图。

在此，本实施方式的三维造型物的制造装置具备两种材料供给部(头座)，图1的(A)、图1的(B)、图2的(A)和图2的(B)分别是仅示出一方材料供给部的图，另一方材料供给部省略了表示。另外，图1的(A)和图1的(B)的材料供给部是供给三维造型物的构成材料(流动性组合物)的材料供给部。并且，图2的(A)和图2的(B)的材料供给部是供给用于形成在形成三维造型物时支撑该三维造型物的支撑层的支撑层形成用材料(流动性组合物)的材料供给部。需要说明的是，本实施例的构成材料包括构成三维造型物的金属粉末、溶剂和粘合剂，本实施例的支撑部形成用材料包括构成支撑层的树脂(紫外线固化树脂)、溶解该树脂的溶剂和粘合剂。

此外，本说明书中的“三维造型”表示的是形成所谓的立体造型物，例如形成平板状、即使为所谓的二维形状的形状但具有厚度的形状也包括在内。另外，“支撑”除了是指从下侧支撑的情况以外，还包括从侧面支撑的情况、根据情况而从上侧支撑的情况。

图1的(A)、图1的(B)、图2的(A)和图2的(B)所示的三维造型物的制造装置2000(以下称为形成装置2000)具备基座110和工作台120，工作台120通过基座110所具备的作为驱动单元的驱动装置111而能在图示的X、Y、Z方向上移动、或者能够在以Z轴为中心的旋转方向上驱动。另外，可在工作台120上载置样品板121，并在样品板121上形成三维造型物500。

而且，如在图1的(A)和图1的(B)中所表示的，具备头座支撑部130，其一端部固定于基座110，而在另一端部上保持固定有头座1100，头座1100保持多个具备喷吐构成材料的构成材料喷吐部的头部单元1400。

另外，如在图2的(A)和图2的(B)中所表示的，具备头座支撑部130’，其一端部固定于基座110，而在另一端部上保持固定有头座1100’，头座1100’保持多个具备以喷墨方式喷吐支撑部形成用材料的支撑部形成用材料喷吐部(头部1600a)的头部单元1600。

在此，头座1100和头座1100’在XY平面上并列设置(参照图3的(A)至图3的(C))。

在工作台120上形成在三维造型物500的形成过程中的层501、502和503。需要注意的是，在图1的(A)和图2的(A)中，为了便于说明而例示出了层501、502和503这3层，但却是一直层叠至希望的三维造型物500的形状(至图1的(A)和图2的(A)中的层50n)。

在此，层501、502、503、……50n分别包括：支撑层300，其由从作为支撑部形成用材料喷吐部的头部1600a喷吐的支撑部形成用材料形成；以及构成层310(与三维造型物500的构成区域对应的层)，其由从构成材料喷吐部1230喷吐的构成材料形成。具体地说，在本实施例的形成装置2000中，如图2的(A)所示，首先通过头座1100’形成规定厚度的支撑层300。并且，然后，如图1的(A)所示，通过头座1100形成与该厚度对应的构成层310。通过层叠这些支撑层300与构成层310而形成三维造型物500的层叠体。这样，通过形成多层构成层310和支撑层300而完成三维造型物500的层叠体，将该层叠体在与形成装置2000分体设置的恒温槽(加热部)中加热，从而制造三维造型物500的完成体。

需要说明的是，本实施例的形成装置2000中，在形成支撑层300时，通过紫外线照射单元1700进行紫外线的照射(赋予能量)。其原因是，支撑部形成用材料包含紫外线固化树脂。即，紫外线照射单元1700具有作为支撑层300的固化部的功能，详情将于后述。

然而，也可以取代紫外线固化树脂而例如使支撑部形成用材料含有热固化树脂。在使用这样的支撑部形成用材料的构成的情况下，采用取代紫外线照射单元1700而设置加热部的构成，在形成支撑层300时进行热能的照射(赋予能量)。为此，在这样的构成的情况下，为了保护工作台120不受热的影响，也可以使用具有耐热性的样品板121而在样品板121之上形成三维造型物500。作为样品板121，例如通过使用陶瓷板而能得到高耐热性。

另外，本实施例的形成装置2000通过与控制单元400连接的紫外线照射部控制器1710(参照图2的(A))来控制紫外线照射的开启/关闭。

另外，图1的(B)是表示图1的(A)所示的头座1100的C部放大概念图。如图1的(B)所示，头座1100保持有多个头部单元1400。通过将构成材料供给装置1200所具备的构成材料喷吐部1230保持于保持夹具1400a而构成1个头部单元1400，详情将于后述。构成材料喷吐部1230具备：喷吐喷嘴1230a；以及喷吐驱动部1230b，其通过材料供给控制器1500而使构成材料从喷吐喷嘴1230a中喷吐。

另外，图2的(B)是表示图2的(A)所示的头座1100’的C’部放大概念图。如图2的(B)所示，头座1100’具备：头部单元1600，其具备多个喷墨方式的头部1600a；以及紫外线照射单元1700，其夹着头部单元1600设于X方向的两侧。头部1600a具备：喷吐喷嘴1600c；以及喷吐驱动部1600b，其在材料供给控制器1500的控制下使支撑部形成用材料从喷吐喷嘴1600c中喷吐。另外，紫外线照射单元1700具备在紫外线照射部控制器1710的控制下从照射口1700b照射紫外线的照射部1700a。

紫外线照射单元1700能对作为目标的供给材料高效地照射能量，能够形成好品质的三维造型物。另外，例如能够容易地进行与喷吐的材料的种类相应地来控制照射能量(功率、扫描速度)，能得到希望品质的三维造型物。不过，不限于这样的构成，也可以采用根据支撑部形成用材料中含有的树脂的种类用其它方法来赋予能量的构成。另外，还可以使用通过自然干燥而固化的树脂，在使用这样的树脂的情况下，当然也可以是不具备用于固化树脂的构成构件(固化部)的构成。

如图1的(A)和图1的(B)所示，构成材料喷吐部1230通过供给管1220而与构成材料供给单元1210连接，构成材料供给单元1210收纳有分别与保持于头座1100的头部单元1400对应的构成材料。于是，从构成材料供给单元1210向构成材料喷吐部1230供给规定的构成材料。在构成材料供给单元1210中，包含通过本实施方式所涉及的形成装置2000造型的三维造型物500的原料的材料(包含金属粉末的糊状构成材料)作为供给材料收纳于构成材料收纳部1210a中，各个构成材料收纳部1210a通过供给管1220与各个构成材料喷吐部1230连接。这样，通过具备各个构成材料收纳部1210a，从而能从头座1100供给多个不同种类的材料。

如图2的(A)和图2的(B)所示，各头部1600a通过供给管1220’而与支撑部形成用材料供给单元1210’连接，支撑部形成用材料供给单元1210’收纳有分别与各头部1600a对应的支撑部形成用材料。于是，从支撑部形成用材料供给单元1210’向头部1600a供给规定的支撑部形成用材料。支撑部形成用材料供给单元1210’中，构成对三维造型物500进行造型时的支撑部的支撑部形成用材料(包含树脂的糊状的支撑部形成用材料)作为供给材料收纳于支撑部形成用材料收纳部1210a’中，各个支撑部形成用材料收纳部1210a’通过供给管1220’与各个头部1600a连接。这样，通过具备各个支撑部形成用材料收纳部1210a’，从而能从头座1100’供给多个不同种类的支撑部形成用材料。

作为构成材料，例如可使用包括镁(Mg)、铁(Fe)、钴(Co)、铬(Cr)、铝(Al)、钛(Ti)、铜(Cu)、镍(Ni)的单体粉末或者包含一种以上的这些金属的合金(马氏体时效钢、不锈钢、钴铬钼、钛合金、镍合金、铝合金、钴合金、钴铬合金)等的混合粉末、溶剂和粘合剂的浆状(或糊状)的混合材料等。

并且，可使用聚酰胺、聚缩醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等通用工程塑料。此外，还可以使用聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚芳酯、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮等工程塑料。

这样，构成材料并没有特别限制，也能使用上述金属以外的金属、陶瓷、树脂等。

作为支撑部形成用材料，可使用紫外线固化树脂、热固化树脂等各种树脂，例如，可使用(甲基)丙烯酸酯((meth)acrylate)、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯等(甲基)丙烯酸类单体或低聚物、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、(甲基)丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、石蜡等。

作为溶剂，例如，可列举出：水；乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚等(聚)烷撑二醇单烷基醚类；乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯等乙酸乙酯类；苯、甲苯、二甲苯等芳香族烃类；甲基乙基酮、丙酮、甲基异丁基酮、乙基正丁基甲酮、二异丙基甲酮、乙酰丙酮等酮类；乙醇、丙醇、丁醇等醇类；四烷基乙酸铵类；二甲基亚砜、二乙基亚砜等亚砜类溶剂；吡啶、γ－甲基吡啶、2，6-二甲基吡啶等吡啶类溶剂；四烷基乙酸铵(例如四丁基乙酸铵)等的离子液体等，可将选自这些中的一种或两种以上组合来使用。

作为粘合剂，例如为丙烯酸树脂、环氧树脂、硅酮树脂、纤维素类树脂或其它合成树脂、或者PLA(聚乳酸)、PA(聚酰胺)、PPS(聚苯硫醚)或其它热可塑性树脂。

形成装置2000中具备作为控制单元的控制单元400，其根据从未图示的、例如个人计算机等数据输出装置中输出的三维造型物的造型用数据而控制上述的工作台120、构成材料供给装置1200所具备的构成材料喷吐部1230、以及支撑部形成用材料供给装置1200’所具备的头部1600a和照射部1700a。而且，虽未图示，但控制单元400中具备控制工作台120和构成材料喷吐部1230、以及工作台120和支撑部形成用材料供给装置1200’协作地驱动及动作的控制部。

关于以能移动的方式配备于基座110的工作台120，根据来自控制单元400的控制信号，在工作台控制器410中生成控制工作台120的移动开始与停止、移动方向、移动量、移动速度等的信号，并输送至基座110所具备的驱动装置111，从而工作台120在图示的X、Y、Z方向上移动。在头部单元1400所具备的构成材料喷吐部1230中，根据来自控制单元400的控制信号，在材料供给控制器1500中生成控制通过构成材料喷吐部1230所具备的喷吐驱动部1230b而从喷吐喷嘴1230a喷吐的材料喷吐量等的信号，并根据所生成的信号，从喷吐喷嘴1230a中喷吐规定量的构成材料。

同样地，在头部单元1600所具备的头部1600a中，根据来自控制单元400的控制信号，在材料供给控制器1500中生成控制通过头部1600a所具备的喷吐驱动部1600b而从喷吐喷嘴1600c喷吐的材料喷吐量等的信号，并根据所生成的信号，从喷吐喷嘴1600c中喷吐规定量的支撑部形成用材料。并且，在紫外线照射单元1700所具备的照射部1700a中，从控制单元400向紫外线照射部控制器1710输送控制信号，并从紫外线照射部控制器1710向紫外线照射单元1700输送照射紫外线的输出信号。

接着，使用图3的(A)～图3的(C)进一步地详细说明头座1100’。

图3的(A)～图3的(C)中，图3的(A)是表示本实施例的形成装置2000的主要部分的构成的简要构成图，图3的(B)是造型中途的三维造型物500的构成例，图3的(C)是头部1600a的喷嘴配置图。需要注意的是，在图3的(B)和图3的(C)中，为了易于理解从头部1600a喷吐的液滴的位置与喷嘴1600c的位置的关系而示出有格子，图3的(B)的格子与图3的(C)的格子存在对应关系。即，图3的(B)的格子与从喷吐喷嘴1600c中喷吐的支撑部形成用材料的液滴的1滴的量对应。

本实施例的头座1100’边相对于工作台120(样品板121)向X方向相对移动，边从设于头部单元1600的头部1600a的喷吐喷嘴1600c喷吐支撑部形成用材料，由此，能形成在形成三维造型物500的过程中的层501、502、503……50n。

图3的(A)的三维造型物500表示形成了层501、502和503这3层的层的状态，图3的(B)的三维造型物500表示俯视观察其的状态。

另外，在各头部1600a中按照图3的(C)所示那样的配置形成有喷吐喷嘴1600c。如图3的(C)所示，在各头部1600a中，通过排列多个喷吐喷嘴1600c而形成有沿着Y方向的4列喷嘴列1600d，各喷嘴列1600d的喷吐喷嘴1600c空出3喷嘴量的间隔而配置，从X方向观察喷吐喷嘴1600c时，各列的喷嘴列1600d各错开1喷嘴量而配置。通过采用这样的构成，本实施例的头座1100’如图3的(B)所示，能高精细地配置支撑部形成用材料的液滴。

本实施例的头座1100’在边相对于工作台120向X方向相对移动，边形成了与喷嘴列1600d对应的Y方向的长度的层之后，相对于工作台120将位置移动与喷嘴列1600d对应的Y方向的长度的量，并进一步地边相对于工作台120向X方向相对移动，边形成与喷嘴列1600d对应的Y方向的长度的层。通过重复这样的动作，能够形成1层的层，通过这样地形成各层，能按顺序形成层501、502、503……50n。

需要说明的是，本实施例的头座1100’在头部单元1600的X方向的两端侧具备紫外线照射单元1700。为此，能够边相对于工作台120向+X方向相对移动，边从喷吐喷嘴1600c喷吐支撑部形成用材料并从该相对移动方向的后方侧的紫外线照射单元1700照射紫外线，并且，能够边相对于工作台120向－X方向相对移动，边从喷吐喷嘴1600c喷吐支撑部形成用材料并从该相对移动方向的后方侧的紫外线照射单元1700照射紫外线。即，能够边使头座1100’相对于工作台120向沿着X方向的双方向相对移动，边形成层501、502、503……50n。不过，不限于这样的构成。

例如，图4的(A)至图4的(C)是本实施例的形成装置2000的另一构成的实施例。

图4的(A)至图4的(C)中，图4的(A)是表示本实施例的形成装置2000的主要部分的构成的简要构成图，图4的(B)是造型中途的三维造型物500的构成例，图4的(C)是头部1600a的喷嘴配置图。即，图4的(A)与图3的(A)对应，图4的(B)与图3的(B)对应，图4的(C)与图3的(C)对应。需要注意的是，与图3的(A)至图3的(C)所示的形成装置2000相同的构成部件用相同的附图标记表示，并省略详细的说明。

如图4的(A)所示，在图4的(A)所示的形成装置2000中，头座1100’仅在头部单元1600的X方向的一端侧(+X方向侧)具备紫外线照射单元1700。为此，能够边相对于工作台120向－X方向相对移动，边从喷吐喷嘴1600c喷吐支撑部形成用材料并从该相对移动方向的后方侧的紫外线照射单元1700照射紫外线，另一方面，无法边相对于工作台120向+X方向相对移动，边从喷吐喷嘴1600c喷吐支撑部形成用材料并从该相对移动方向的后方侧的紫外线照射单元1700照射紫外线。即，仅能够边使头座1100’相对于工作台120向－X方向相对移动，边形成层501、502、503……50n。也可以是这样的构成。

接着，进一步地详细说明头部单元1400。

图5和图6示出保持于头座1100的多个头部单元1400和保持于头部单元1400的构成材料喷吐部1230的保持方式的一例，图5是从图1的(B)所示的箭头D方向观察的头座1100的外观图，图6是图5所示的E-E’部的简要截面图。

如图5所示，多个头部单元1400通过未图示的固定单元而保持于头座1100。在本实施方式所涉及的形成装置2000的头座1100中，从图下方起具备第1列的头部单元1401和1402、第2列的头部单元1403和1404、第3列的头部单元1405和1406、以及第4列的头部单元1407和1408共8个单元的头部单元1400。并且，虽未图示，但各个头部单元1401～1408所具备的构成材料喷吐部1230构成为经由喷吐驱动部1230b而通过供给管1220与构成材料供给单元1210连接并由保持夹具1400a所保持。

如图6所示，作为分配器的构成材料喷吐部1230从喷吐喷嘴1230a向载置于工作台120上的样品板121上喷吐作为三维造型物的构成材料的材料M。关于头部单元1401例示了材料M以液滴状喷吐的喷吐方式，关于头部单元1402例示了材料M以连续体状被供给的喷吐方式。本实施方式的形成装置2000中的材料M的喷吐方式为液滴状。然而，也可以采用喷吐喷嘴1230a能以连续体状供给构成材料的方式。即，本说明书中的分配器意味着包含能以连续体状供给构成材料的构成和以液滴状喷吐构成材料的构成这两者。

需要说明的是，从本实施例的喷吐喷嘴1230a喷吐的液滴的大小比从喷墨方式的喷吐喷嘴1600c喷吐的液滴的大小大。为此，能对高精细形成的支撑层(对应于三维造型物的轮廓区域)快速填充构成材料(对应于形成构成层)。

呈液滴状从喷吐喷嘴1230a喷吐的材料M大致在重力方向上飞翔并着落在样品板121上。然后，着落的材料M形成着落部50。该着落部50的集合体形成为在样品板121上形成的三维造型物500的构成层310(参照图1的(A)和图1的(B))。

图7A～图7C、图8A、图8B和图9是概念性说明头部单元1400的配置与着落部50的形成方式的关系的平面图(图1的(B)所示的D方向箭头)。首先，如图7A所示，在样品板121上的造型起点q1处，从头部单元1401和1402的喷吐喷嘴1230a喷吐材料M，通过着落于样品板121的材料M形成着落部50a和50b。此外，为了便于说明，虽是平面图但却对着落部50标有影线，举例示出在样品板121的上表面形成的第1层的层501的构成层310来进行说明。

首先，如图7A所示，在样品板121上的层501的构成层310的造型起点q1处，从图示下方的第1列的头部单元1401和1402所具备的构成材料喷吐部1230喷吐材料M。通过喷吐的材料M形成着落部50a和50b。

边继续从头部单元1401和1402的构成材料喷吐部1230喷吐材料M，边使样品板121相对于头座1100相对地移动到Y(+)方向的、图7B所示的造型起点q1与第2列的头部单元1403和1404对应的位置。由此，着落部50a和50b从造型起点q1起保持宽度t地延伸设置到样品板121的相对移动后的位置q2。进而，从与造型起点q1对应的第2列的头部单元1403和1404喷吐材料M，开始形成着落部50c和50d。

如图7B所示，开始形成着落部50c和50d，边继续从头部单元1403和1404的构成材料喷吐部1230喷吐材料M，边使样品板121相对于头座1100相对地移动到Y(+)方向的、图7C所示的造型起点q1与第3列的头部单元1405和1406对应的位置。由此，着落部50c和50d从造型起点q1起保持宽度t地延伸设置到样品板121的移动后的位置q2。同时，着落部50a和50b从造型起点q1起保持宽度t地延伸设置到样品板121的相对移动后的位置q3。从与造型起点q1对应的第3列的头部单元1405和1406喷吐材料M，开始形成着落部50e和50f。

如图7C所示，开始形成着落部50e和50f，边继续从头部单元1405和1406的构成材料喷吐部1230喷吐材料M，边使样品板121相对于头座1100相对地移动到Y(+)方向的、图8A所示的造型起点q1与第4列的头部单元1407和1408对应的位置。由此，着落部50e和50f从造型起点q1起保持宽度t地延伸设置到样品板121的移动后的位置q2。同时，着落部50a和50b从造型起点q1起保持宽度t地延伸设置到样品板121的相对移动后的位置q4，着落部50c和50d从造型起点q1起保持宽度t地延伸设置到样品板121的相对移动后的位置q3。从与造型起点q1对应的第4列的头部单元1407和1408喷吐材料M，开始形成着落部50g和50h。

在将位置q5设为造型结束位置的情况下(以下将位置q5称为造型终点q5)，如图8B所示，使样品板121相对地移动至头部单元1401和1402到达造型终点q5，由此，使着落部50g和50h延伸设置。然后，在到达造型终点q5的头部单元1401和1402中，停止从头部单元1401和1402的构成材料喷吐部1230喷吐材料M。进而，边使样品板121相对地向Y(+)方向移动，边从构成材料喷吐部1230喷吐材料M直至头部单元1403、1404、1405、1406、1407和1408到达造型终点q5。这样的话，如图9所示，着落部50a、50b、50c、50d、50e、50f、50g和50h保持宽度t地从造型起点q1形成到造型终点q5。通过像这样地边使样品板121从造型起点q1移动到造型终点q5，边从头部单元1401、1402、1403、1404、1405、1406、1407和1408依次喷吐供给材料M，由此能够形成宽度T、长度J的本实施方式的例示中大致为矩形的着落部50。并且，能够成型、构成作为着落部50的集合体的第1层的层501的构成层310。

如上所述，在本实施方式所涉及的形成装置2000中，与具备样品板121的工作台120的移动同步地选择性地进行从头部单元1401、1402、1403、1404、1405、1406、1407和1408所具备的构成材料喷吐部1230喷吐供给材料M，由此，能在样品板121上形成希望形状的构成层310。另外，如上所述，关于工作台120的移动，在本例中只需向沿着Y轴方向的一方向移动就能在图9所示的宽度T×长度J的区域内得到希望形状的着落部50、以及作为着落部50的集合体的构成层310。

另外，关于从构成材料喷吐部1230喷吐的材料M，还能从头部单元1401、1402、1403、1404、1405、1406、1407和1408中的任一单元或者两单元以上喷吐供给与其它头部单元不同的构成材料。因而，通过使用本实施方式所涉及的形成装置2000，能得到由不同种材料形成的三维造型物。

上述的本实施方式所涉及的形成装置2000所具备的头部单元1400和1400’的数量和排列不限于上述的数量和排列。在图10A和图10B中，作为其例子，以示意图示出了配置于头座1100的头部单元1400的其它配置例。

图10A示出在头座1100上使多个头部单元1400在X轴方向上并列的方式。图10B示出头部单元1400呈格子状排列于头座1100的方式。需要注意的是，所排列的头部单元的数量均不限定于图示的例子。

接着，说明使用上述的本实施方式所涉及的形成装置2000进行的三维造型物的制造方法的一实施例。

图11A～图11E是表示使用形成装置2000进行的三维造型物的一例制造过程的简图。需要注意的是，在图11A～图11E中，为了易于理解支撑层300和构成层310的厚度而在Z方向上画有多条辅助线。

首先，如图11A所示，从头部1600a喷吐支撑层形成用材料，形成层厚相对薄的第1层的支撑层300。在此，支撑层300形成于该层中的三维造型物的形成区域(对应于构成层310的区域)以外的区域。另外，一旦从头部1600a喷吐了支撑层形成用材料，则立刻从头部单元1600相对于工作台120相对移动的方向的后方侧的紫外线照射单元1700照射紫外线，由此，支撑层300成为固化(凝固)状态。

接着，如图11B所示，从头部1600a喷吐支撑层形成用材料并从紫外线照射单元1700照射紫外线，在层厚相对薄的第2层的层中形成支撑层300。

接着，如图11C所示，从头部1600a喷吐支撑层形成用材料并从紫外线照射单元1700照射紫外线，在层厚相对薄的第3层的层中形成支撑层300。

并且，接着，如图11D所示，从构成材料喷吐部1230喷吐构成材料，在对应于三维造型物的形成区域的部分形成层厚相对厚的构成层310。

需要说明的是，如图11D所示，从构成材料喷吐部1230喷吐构成材料而构成的烧结前的构成层310的厚度比从头部1600a喷吐支撑层形成用材料而构成的3层的支撑层300的厚度厚。在此，在本实施例的形成方法中，要以构成层310最终为图11D中所示状态的支撑层300的3倍厚度的方式(以三维造型物的完成体O的厚度为图11D中所示状态的支撑层300的3倍厚度的方式)形成构成层310。

在此，接着，如图11E所示，用与形成装置2000分开设置的恒温槽(加热部)加热通过在图11A至图11D中所示的工序形成的层叠体，以将支撑层300分解除去并烧结构成层310。需要注意的是，在本实施例中，使支撑层300热分解而气化，因此，被分解除去的支撑层300之前所在的区域成为空间部320。并且，通过这样的加热工序，烧结后的构成层310的厚度随着烧结而被压缩，从而变为与分解除去前的支撑层300的3倍厚度同等的厚度(希望的厚度)。

这样，能够制造希望形状和大小的三维造型物。

在此，图12A和图12B表示用与图11A～图11E中所示的三维造型物的制造过程同样的制造过程制造的另一形状的三维造型物。具体地说，表示的是重复图11A至图11D中所示的工序来形成三维造型物的层叠体(图12A)并执行图11E中所示的加热工序来使该三维造型物的层叠体烧结而形成了三维造型物的完成体O的状态(图12B)。

接着，说明使用上述的本实施方式所涉及的形成装置2000进行的三维造型物的制造方法的又一实施例。

图13A～图13E是表示使用形成装置2000进行的三维造型物的一例制造过程的简图。此外，在图13A～图13E中，为了易于理解支撑层300和构成层310的厚度而在Z方向上画有多条辅助线。

在此，在图11A～图11E和图12A～图12B所示的三维造型物的制造方法中，构成层310的1层的厚度比支撑层300的1层的厚度厚。另一方面，图13A～图13E所示的三维造型物的本制造方法是支撑层300的1层的厚度与构成层310的1层的厚度同等的例子。不过，构成材料的粘度比在图11A～图11E和图12A～图12B所示的三维造型物的制造方法中使用的构成材料的粘度低，构成材料的液滴在XY平面的扩展比在图11A～图11E和图12A～图12B所示的三维造型物的制造方法中使用的构成材料的液滴在XY平面的扩展大。需要注意的是，与图11A～图11E和图12A～图12B所示的三维造型物的制造方法同样，构成材料的液滴比支撑层形成用材料的液滴大。

首先，如图13A所示，从头部1600a喷吐支撑层形成用材料，形成第1层的支撑层300。在此，支撑层300形成于该层中的三维造型物的形成区域(对应于构成层310的区域)以外的区域。另外，一旦从头部1600a喷吐了支撑层形成用材料，则立刻从头部单元1600相对于工作台120相对移动的方向的后方侧的紫外线照射单元1700照射紫外线，由此，支撑层300成为固化(凝固)状态。

接着，如图13B所示，从构成材料喷吐部1230喷吐构成材料，在与三维造型物的形成区域对应的部分形成构成层310。需要注意的是，图13B表示构成材料的液滴刚着落后的状态。

这样，如图13C所示，构成材料的液滴在XY平面方向上扩展。不过，由于构成材料的液滴比支撑层形成用材料的液滴大，因此，构成层310的厚度比支撑层300的厚度(希望的厚度)厚。

然后，重复从图13A到图13C所示的工序。重复从图13A到图13C所示的工序而形成有三维造型物的层叠体的状态是图13D中所示的状态。

在此，接着，如图13E所示，用与形成装置2000分开设置的恒温槽(加热部)加热在图13D中所示的层叠体，将支撑层300分解除去并使构成层310烧结。需要注意的是，在本实施例中，使支撑层300热分解而气化，因此，被分解除去的支撑层300之前所在的区域成为空间部320。并且，通过这样的加热工序，烧结后的构成层310的厚度随着烧结而被压缩，从而成为希望的厚度。

这样，能够制造希望形状和大小的三维造型物。

在此，图14A和图14B表示用与图13A～图13E中所示的三维造型物的制造过程同样的制造过程制造的另一形状的三维造型物。具体地说，表示的是重复图13A至图13D中所示的工序来形成三维造型物的层叠体(图14A)并执行图13E中所示的加热工序来使该三维造型物的层叠体烧结而形成了三维造型物的完成体O的状态(图14B)。

接着，用流程图说明使用上述形成装置2000进行的三维造型物的制造方法的一例(对应于图11A～图11E和图12A～图12B的例子)。

在此，图15是本实施例所涉及的三维造型物的制造方法的流程图。

此外，本例虽是与图11A～图11E和图12A～图12B对应的三维造型物的制造方法的例子，但与图13A～图13E和图14A～图14B对应的三维造型物的制造方法也能同样地执行。

如图15所示，在本实施例的三维造型物的制造方法中，首先，在步骤S110中取得三维造型物的数据。详细而言，例如从在个人计算机中执行的应用程序等中取得表示三维造型物的形状的数据。

接着，在步骤S120中创建每层的数据。详细而言，在表示三维造型物的形状的数据中，根据Z方向的造型分辨率进行切片，按每个截面生成位图(bitmap)数据(截面数据)。

此时，生成的位图数据为区分出三维造型物的形成区域与三维造型物的非形成区域的数据。换言之，为如下数据：其形成为对应每层地区分出由从头部1600a喷吐的点径相对小的液滴(小点)构成的区域和由从构成材料喷吐部1230喷吐的点径相对大的液滴(大点)构成的区域。

需要说明的是，大点和小点的大小差没有特别限定，但通过将大点设为小点的8倍以上，能够特别高效且迅速地制造高精度的三维造型物。

接着，在步骤S130中，判断要形成的层的数据是形成三维造型物的非形成区域(支撑层300)的数据还是形成三维造型物的形成区域(构成层310)的数据。通过控制单元400所具备的控制部来进行该判断。

在本步骤中，当判断为是形成支撑层300的数据的情况下，进入步骤S140，当判断为是形成构成层310的数据的情况下，进入步骤S150。

在步骤S140中，基于形成支撑层300的数据从头部1600a喷吐支撑层形成用材料，由此以小点供给支撑层形成用材料。

并且，当在步骤S140中喷吐了支撑层形成用材料时，在步骤S160中，从头部单元1600相对于工作台120相对移动的方向的后方侧的紫外线照射单元1700照射紫外线(赋予能量)，使该喷吐的液滴(支撑层300)凝固(固化)。

另一方面，在步骤S150中，通过从构成材料喷吐部1230喷吐构成材料而以大点供给构成材料。

然后，重复步骤S130至步骤S170，直至通过步骤S170结束基于在步骤S120中生成的对应各层的位图数据的三维造型物的层叠体的造型。

然后，通过步骤S180在未图示的恒温槽中加热通过上述步骤形成的三维造型物的层叠体。具体地说，烧结三维造型物的形成区域(构成层310)，并将周围的支撑层300分解除去。

然后，随着步骤S180的结束，结束本实施例的三维造型物的制造方法。

如上所述，本实施例的三维造型物的制造方法是通过将层层叠而形成层叠体来制造三维造型物的三维造型物的制造方法。并且，具有：构成层形成工序(与步骤S150对应)，形成与三维造型物的构成区域对应的构成层310；支撑层形成工序(与步骤S140对应)，使包含树脂的流动性组合物以液滴的状态从头部1600a喷吐而形成与构成层310接触并支撑该构成层310的支撑层300；固化工序(与步骤S160对应)，使支撑层300凝固(固化)；以及加热工序(与步骤S180对应)，加热通过构成层形成工序、支撑层形成工序和固化工序形成的层叠体。

这样，本实施例的三维造型物的制造方法具有：构成层形成工序，形成构成层310；以及支撑层形成工序，使包含树脂的流动性组合物以液滴的状态从喷吐部(头部1600a)喷吐来形成支撑层300。例如，通过使用树脂以溶解状态、微细粒状态分散的流动性组合物，从而能以高精度形成限定三维造型物的轮廓的形状的支撑层300。换言之，能够抑制由于存在粒径大的固体组分(粒子)而导致表面形状产生凹凸。并且，通过迅速地形成在三维造型物中无需以高精度形成的构成内部的构成层310，从而能迅速地制造高精度的三维造型物。

在此，“轮廓”是指形成三维造型物的表面的形状的部分。当在三维造型物的表面设有涂层的情况等下，有时也指涂层的下层。

另外，在本实施例的三维造型物的制造方法中的加热工序中，如图11A至图14B所示，将支撑层300分解除去并使构成层310烧结。即，通过该加热工序一并使层叠体烧结。为此，支撑层能够抑制构成层的形状走样直至形成层叠体后在加热工序中被分解除去，能够以特别高精度形成三维造型物。另外，与按每一层地进行烧结的情况相比，能够减轻由烧结导致的形变的累积，能以更高精度形成三维造型物。

不过，也可以取代烧结构成层310而使其熔融。

另外，本实施例的三维造型物的制造方法中，在构成层形成工序中使流动性组合物以液滴的状态从喷吐部(构成材料喷吐部1230)中喷吐而形成构成层310。并且，如图11A至图14B所示，在支撑层形成工序中形成支撑层300时的(至少一部分的)液滴比在构成层形成工序中形成构成层310时的(至少一部分的)液滴小。也就是说，用比形成构成层310时的液滴小的液滴形成支撑层300。即，以相对小的液滴形成限定三维造型物的轮廓的形状的支撑层300，并以相对大的液滴形成构成三维造型物的内部的构成层310。为此，能以高精度形成在三维造型物中需要以高精度形成的限定轮廓形状的支撑层300，并且，能迅速地形成在三维造型物中无需以高精度形成的构成内部的构成层310。因而，能迅速地制造高精度的三维造型物。进而，由于用相对大的液滴形成构成层310，因此能将粒径大的粒子用于构成材料，材料选择性也得到提高。

另外，本实施例的形成装置2000所使用的支撑层形成材料中含有的树脂是紫外线固化树脂，在固化工序中向支撑层300照射紫外线。为此，能简单地以高精度形成支撑层300。不过，不限于这样的构成。需要说明的是，在支撑层形成材料中含有的树脂是紫外线固化树脂的情况下，优选在支撑层形成材料中含有聚合引发剂。

例如，作为支撑层形成材料中含有的树脂，也可以使用酚醛树脂、尿素树脂、蜜胺树脂、环氧树脂、不饱和聚酯、硅酮树脂、聚氨酯等热固化树脂、或者加有热聚合引发剂的(甲基)丙烯酸酯等的单体或低聚物，并且，也可以在固化工序中加热支撑层300。即使是这样的三维造型物的制造方法，也能简单地以高精度形成支撑层300。

另外，例如，也可以在支撑层形成工序中使固体的树脂熔融而使其以液滴的状态从喷吐部中喷吐来形成支撑层300，并在固化工序中使熔融的树脂冷却而固化。即使是这样的三维造型物的制造方法，也能简单地以高精度形成支撑层300。

需要注意的是，“冷却而固化”除了是指积极地冷却树脂而使其固化以外，还包含树脂自然冷却而固化的含义。

另外，优选形成构成层310的材料包括镁、铁、铜、钴、钛、铬、镍、铝、马氏体时效钢、不锈钢、钴铬钼、钛合金、镍合金、铝合金、钴合金、钴铬合金、氧化铝、二氧化硅中的至少一种。其原因是，能够制造刚性特别高的三维造型物。

另外，形成支撑层300的材料也可以包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯丁醛(polyvinyl butyrate)中的至少一种。聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯基丁醛具有作为粘合剂的功能，因此通过包含它们，能抑制支撑层300在将支撑层300固化(凝固)的固化工序前走样(变形)。

另外，优选在加热工序中将90％以上的支撑层分解除去。其原因是，能在加热工序后从三维造型物的构成层310简单地除去剩余的支撑层300(能简单地清洁三维造型物的完成体O)。

本发明并不局限于上述实施例，在不脱离其宗旨的范围内可通过各种构成来实现。例如，为了解决上述技术问题的一部分或全部、或者达到上述效果的一部分或全部，可对记载于发明内容部分的各方式中的技术特征所对应的实施例中的技术特征适当进行替换、组合。如果其技术特征在本说明书中不是作为必须特征被说明，则可将其适当删除。

Claims (9)

1.一种三维造型物的制造方法，其特征在于，通过层叠层而形成层叠体来制造三维造型物，所述制造方法具有：

构成层形成工序，形成与三维造型物的构成区域对应的构成层；

支撑层形成工序，使包含树脂的流动性组合物以液滴的状态从喷吐部中喷吐来形成与所述构成层接触并支撑该构成层的支撑层；

固化工序，使所述支撑层固化；以及

加热工序，加热通过所述构成层形成工序、所述支撑层形成工序和所述固化工序形成的所述层叠体。

2.根据权利要求1所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，

在所述加热工序中，将所述支撑层分解除去并烧结所述构成层。

3.根据权利要求1或2所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，

在所述构成层形成工序中，使流动性组合物以液滴的状态从喷吐部中喷吐来形成所述构成层，并且，

通过所述支撑层形成工序形成所述支撑层时的至少一部分液滴比通过所述构成层形成工序形成所述构成层时的至少一部分液滴小。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，

所述树脂是紫外线固化树脂，

在所述固化工序中向所述支撑层照射紫外线。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，

所述树脂是热固化树脂，

在所述固化工序中加热所述支撑层。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，

在所述支撑层形成工序中，使固体的所述树脂熔融而以液滴的状态从所述喷吐部中喷吐来形成所述支撑层，

在所述固化工序中，使熔融的所述树脂冷却而固化。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，

形成所述构成层的材料包括镁、铁、铜、钴、钛、铬、镍、铝、马氏体时效钢、不锈钢、钴铬钼、钛合金、镍合金、铝合金、钴合金、钴铬合金、氧化铝、二氧化硅中的至少一种。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，

形成所述支撑层的材料包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯丁醛、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、(甲基)丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、石蜡中的至少一种。

9.根据权利要求2所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，

在所述加热工序中将90％以上的所述支撑层分解除去。