三维成型设备和三维成型方法与流程

本发明涉及三维成型设备和三维成型方法。

背景技术：

形成三维结构的多种不同方法已为公众所熟知。例如，在称为快速成型的技术中，基于将三维结构的表面描述为三角形多边形的集合的标准三角化语言(stl)格式的数据，计算沿着三维结构的层叠方向切割的截面形状，并且按照该截面形状形成各层，从而形成三维结构。

作为形成三维结构的方法，有喷射法、喷射粘结法、光学加工法(sl：立体平版印刷术)、熔化沉积法(fdm：熔融沉积造型)、粉末烧结法(sls：选择性激光烧结)等等。

在喷射法中，重复进行用于通过从喷射头向制模平台选择性地喷射造型材料(比如光可固化树脂)并且通过固化造型材料来形成造型材料层的处理，以层叠多个造型材料层，从而形成三维结构。进一步地，在喷射法中，要为制模平台供应在形成三维结构期间支撑造型材料的支撑材料。在存在突出悬空部分(即，向外张开部分)的情况下，在三维结构中，支撑材料主要用来在完成三维结构的形成之前支撑突出悬空部分，并且会在完成三维结构的形成之后被除去。更进一步地，支撑材料不仅用于支撑突出悬空部分，而且在三维结构为具有几乎垂直的表面的形状(比如立方体)的情况下，还可以用于通过防止该表面下滴来保护该表面。而且，在三维结构成型时使用uv固化造型材料的方法的情况下，支撑材料也被用于覆盖和保护造型材料，以防止成型完成部分因受到uv光过度照射而质量下降。

作为形成三维结构的技术，jp-a-2015-123687公开了一种形成结构的方法，包括喷射用来形成结构的造型材料和用来形成造型材料支架的支撑材料的处理，其中造型材料和支撑材料是如此喷射的：使得着落在喷射对象上的造型材料的密度大于着落在该喷射对象上的支撑材料的密度。

jp-a-2012-96430公开了一种三维成型设备，在该设备中，在沿着至少一个方向进行扫描的同时将最终被形成为结构的造型材料以及用来支撑造型材料的突出悬空部分并最终会被除去的支撑材料喷射到成型板上，重复进行固化造型材料和支撑材料的操作，以形成在高度方向上具有预定厚度的切片，并且沿着高度方向将这些切片层叠起来，从而形成结构，该设备包括：造型材料喷射单元，在其中沿着一个方向分别布置用于放置结构的多个成型板、用于喷射造型材料的多个造型材料喷嘴和用于喷射支撑材料的多个支撑材料喷嘴；固化单元，用于固化造型材料和支撑材料；头单元，其配备有造型材料喷射单元和固化单元；水平驱动单元，用于沿着水平方向往复扫描头单元；垂直驱动单元，用于沿着高度方向移动成型板与头单元之间的相对位置；和控制单元，用于控制水平驱动单元和垂直驱动单元的驱动，并且用于控制造型材料通过造型材料喷射单元的喷射以及造型材料和支撑材料通过固化单元进行的固化，其中控制单元使得水平驱动单元能够沿着一个方向往复扫描头单元，使得造型材料喷射单元能够将造型材料和支撑材料喷射到成型板上，并且使得固化单元能够在往复扫描的正向路径和返回路径中的至少任何一个路径上对造型材料和/或支撑材料进行固化，从而形成切片，然后沿着高度方向移动成型板与头单元之间的相对位置，并且重复进行切片的层叠，从而形成结构，并且其中支撑材料的喷射量大于造型材料的喷射量，并且支撑材料的分辨率(resolution)小于造型材料的分辨率。

jp-a-2015-139957公开了一种三维成型设备，包括：成型台，其中层叠有多个造型材料层，各个造型材料层具有由第一能量可固化的造型材料制成的第一造型材料区和由第二能量可固化的造型材料制成的第二造型材料层区，第二造型材料层区在形成结构期间与第一造型材料接触并且在结构形成之后被除去；第一造型材料区形成单元，该单元通过喷射第一造型材料形成第一造型材料区；第二造型材料区形成单元，该单元通过喷射第二造型材料形成第二造型材料区；能量施加装置，该装置施加用于固化第一造型材料区和第二造型材料区中的至少一个区域的能量；和控制单元，其至少控制能量施加装置，其中控制单元在形成第一造型材料区和第二造型材料区中的一个区域之后、形成它们中的另一个区域之前调节施加到第一造型材料区和第二造型材料区中的所述一个区域上的能量的量，从而调节第一造型材料区和第二造型材料区之间的交界面上的第一造型材料和第二造型材料的混合度，该交界面是在形成所述另一个区域的时候形成的。

技术实现要素：

相比于仅仅使用支撑材料作为支撑三维结构的支撑结构的情况，本发明实施例的至少一个目的是实现支撑结构强度降低的控制和使支撑结构更加容易去除。

[1]按照本发明的一个方面，提供了一种三维成型设备，包括：喷射造型材料的造型材料喷射单元；喷射支撑材料的支撑材料喷射单元；和控制器，其对造型材料喷射单元和支撑材料喷射单元进行控制，从而使得造型材料和支撑材料被布置为具有包含造型材料和支撑材料的布局图案的支撑结构，该支撑结构支撑或保护要由造型材料形成的三维结构。

[2]在按照[1]的三维成型设备中，布局图案可以是造型材料和支撑材料交替配置的网格状图案。

[3]在按照[1]的三维成型设备中，布局图案可以是渐变状图案，其中支撑结构中越接近于三维结构的位置，支撑材料在支撑结构中所占的比例越大，并且支撑结构离三维结构越远，造型材料在支撑结构中所占比例越大。

[4]在按照[1]的三维成型设备中，布局图案可以是造型材料和支撑材料随机布置的随机图案。

[5]在按照[1]到[4]中任何一个的三维成型设备中，控制器可以控制造型材料喷射单元和支撑材料喷射单元，使得造型材料和支撑材料二者中的每一个在三维结构的高度方向上不被连续布置。

[6]在按照[1]到[5]中任何一个的三维成型设备中，控制器可以针对通过对沿着高度方向对三维结构进行投影得到的投影区域进行分段而获得的多个分段区域中的每一个，根据三维结构的造型数据来确定支撑结构所需的高度，并且可以控制造型材料喷射单元和支撑材料喷射单元，使得造型材料和支撑材料被布置为按照布局图案的具有该高度的支撑结构。

[7]在按照[1]到[6]中任何一个的三维成型设备中，支撑材料可以是可溶于水的或可热熔的。

[8]按照本发明的另一个方面，提供了一种三维成型方法，包括：对造型材料和支撑材料的喷射进行控制，从而使得造型材料和支撑材料被布置为具有包含造型材料和支撑材料的布局图案的支撑结构，该支撑结构支撑或保护要由造型材料形成的三维结构。

根据[1]的三维成型设备和根据[8]的三维成型方法，相比于仅仅使用支撑材料作为支撑三维结构的支撑结构的情况，可以同时实现支撑结构强度降低的控制和使支撑结构除去更加容易。

根据[2]的三维成型设备，相比于造型材料和支撑材料的布局图案不是网格状图案的情况，不能很容易地连续布置造型材料和支撑材料。

根据[3]的三维成型设备，相比于造型材料和支撑材料的布局图案不是渐变状图案的情况，可以依据与三维结构之间的距离轻松改变支撑材料的份额。

根据[4]的三维成型设备，相比于造型材料和支撑材料的布局图案不是随机图案的情况，可以使得支撑结构的强度不致偏倚。

根据[5]的三维成型设备，相比于没有考虑支撑结构中的造型材料和支撑材料在高度方向上的布局的情况，可以对造型材料和支撑材料在高度方向上的连续布置进行控制。

根据[6]的三维成型设备，相比于在没有为通过对沿着高度方向投影三维结构而获得的投影区域进行分段而得到的多个分段区域中的每一个获得支撑结构所需的高度就确定了支撑结构的情况，可以在创建层叠造型材料和支撑材料所需的数据的同时形成三维结构。

根据[7]的三维成型设备，相比于支撑材料既不是水溶性的又不是热熔性的情况，可以轻松除去支撑结构。

附图说明

将会基于下列附图详细介绍本发明的示范性实施例，其中：

图1是三维成型设备的框图；

图2是三维成型设备的侧视图；

图3是按照第一示范性实施例的由控制器执行的处理的流程图；

图4是三维结构的侧视图；

图5是图解说明三维结构的截面的视图；

图6是表示截面图像的例子的视图；

图7是图解说明三维结构的截面的视图；

图8是表示截面图像的例子的视图；

图9是图解说明三维结构的截面的视图；

图10是表示截面图像的例子的视图；

图11是图解说明需要支撑结构的区域的视图；

图12是图解说明需要支撑结构的区域的视图；

图13a到13c是表示造型材料和支撑材料的布局图案的例子的视图；

图14是表示造型材料和支撑材料沿着高度方向的布局图案的例子的视图；

图15是表示造型材料和支撑材料沿着高度方向的布局图案的例子的视图；

图16是按照第二示范性实施例的由控制器执行的处理的流程图；

图17是图解说明支撑结构预测的视图；

图18a和图18b是图解说明三维结构的投影区域的视图；

图19是表示投影区域的划分的例子的视图；

图20是表示针对各个块的支撑结构的例子的视图；

图21是表示针对各个块的支撑结构的例子的视图；

图22是表示用于实例中的三维成型设备进行扫描的分辨率图案的视图，分辨率图案具有造型图案，其中正方形投影被排布成网格状图案；和

图23是表示支撑材料粘度调节的实验结果的视图。

具体实施方式

(第一示范性实施例)

在下文中，将会参照附图详细介绍本示范性实施例。

图1是按照本示范性实施例的三维成型设备10的方框图。如图1中所示，三维成型设备10被配置为包括控制器12。

控制器12被配置为：中央处理单元(cpu)12a、只读存储器(rom)12b、随机存取存储器(ram)12c和非易失性存储器12d分别通过总线12f与输入/输出接口(i/o)12e连接。

i/o12e与多个功能单元连接，比如造型材料容纳单元14、造型材料喷射头16、支撑材料容纳单元18、支撑材料喷射头20、uv光源22、xy扫描单元24、造型平台升降单元26、清洁单元28、存储单元30和通信单元32。

造型材料容纳单元14容纳用于形成三维结构的造型材料。造型材料由uv可固化树脂构成，uv可固化树脂具有在紫外(uv)光(即紫外线)照射下发生固化的性质。

稍后将会介绍造型材料的详细说明。

造型材料喷射头16按照来自cpu12a的指令依照喷射法喷射从造型材料容纳单元14供应的造型材料。

支撑材料容纳单元18容纳用于支撑或保护三维结构的支撑材料。支撑材料用于在直到三维结构的形成完成之前支撑三维结构的突出悬空部分(向外张开部分)，并且会在完成三维结构的形成之后被除去。更进一步地，例如，在三维结构为具有几乎垂直的表面的形状(类似于立方体)的情况下，支撑材料用于通过防止该表面下滴来保护该表面。而且，支撑材料还用于覆盖和保护造型材料，以防止三维结构因uv光照射而质量恶化。与造型材料类似，支撑材料由uv可固化树脂构成，uv可固化树脂具有在uv光照射下发生固化的性质。

稍后将会介绍支撑材料的详细说明。

支撑材料喷射头20按照来自cpu12a的指令依照喷射法喷射从支撑材料容纳单元18供应的支撑材料。

通过压力喷射各种材料液滴的压力型(压电式)喷射头被用于造型材料喷射头16和支撑材料喷射头20二者。各个喷射头并不局限于此，只要是喷射型喷射头即可，并且可以是通过由泵产生的压力喷射各种材料的喷射头。

在从支撑材料喷射头20喷射支撑材料时，支撑材料要被加热到40℃到90℃(优选地，45℃到80℃，并且更加优选地，50℃到75℃)。

即使在从造型材料喷射头16喷射造型材料时，优选地，造型材料的加热温度也处于如上所述的相同范围内。

uv光源22用uv光照射从造型材料喷射头16喷射出来的造型材料和从支撑材料喷射头20喷射出来的支撑材料，以固化造型材料和支撑材料。uv光源22是依据造型材料和支撑材料的种类而选择的。对于uv光源22来说，采用的是例如具有诸如金属卤化物灯、高压汞灯、超高压汞灯、深度紫外光灯、使用微波而不用来自外部的电极激励汞灯的灯、紫外线激光器、氙气灯或uv-led这样的光源的装置。

可以使用电子束照射装置来代替uv光源22。作为电子束照射装置，举例来说可以是例如扫描型、帘型或等离子放电型电子束照射装置。

如图2中所示，造型材料喷射头16、支撑材料喷射头20和uv光源22可以被安装在配备有xy扫描单元24的扫描轴24a上。造型材料喷射头16和uv光源22在扫描轴24a上被安装成彼此分隔开预定距离w。支撑材料喷射头20在扫描轴24a上被安装成与造型材料喷射头16相邻。造型材料喷射头16的位置和支撑材料喷射头20的位置可以颠倒。也就是说，在图2中，造型材料喷射头16面对uv光源22的侧面，但是支撑材料喷射头20可以面对uv光源22的侧面。

xy扫描单元24驱动扫描轴24a，从而使得造型材料喷射头16、支撑材料喷射头20和uv光源22沿着x方向和y方向移动，就是说，被在xy平面上扫描。

造型平台升降单元26沿着z轴方向升降图2中所示的造型平台34。在形成三维结构时，cpu12a对造型材料喷射头16、支撑材料喷射头20和uv光源22进行控制，使得造型材料和支撑材料被喷射到造型平台34上，并且使得所喷射的造型材料和支撑材料受到uv光的照射。进一步地，cpu12a对xy扫描单元24进行控制，使得造型材料喷射头16、支撑材料喷射头20和uv光源22得以在xy平面上扫描，并且对造型平台升降单元26进行控制，使得造型平台34沿着z轴方向逐渐下降。

在形成三维结构时，cpu12a对造型平台升降单元26进行控制，使得从造型材料喷射头16、支撑材料喷射头20和uv光源22到造型平台34上的三维结构40在z轴方向上的距离为预定距离h0或更大，以使得造型材料喷射头16、支撑材料喷射头20和uv光源22不与造型平台34上的三维结构40接触。

清洁单元28具有通过抽吸附着在造型材料喷射头16和支撑材料喷射头20的喷嘴上的材料来进行清洁的功能。例如，清洁单元28被设置在造型材料喷射头16和支撑材料喷射头20的扫描范围之外的避让区内，并且通过在执行清洁的时候将造型材料喷射头16和支撑材料喷射头20避让到避让区内来执行清洁。

存储单元30存储三维造型程序30a、造型数据30b和支撑材料数据30c，稍后将对此加以介绍。

cpu12a读取存储在存储单元30中的三维造型程序30a。更进一步地，cpu12a将三维造型程序30a记录在诸如cd-rom之类的记录介质中，并且可以通过由cd-rom驱动器读取所记录的三维造型程序来执行这一程序。

通信单元32是与输出三维结构的造型数据30b的外部装置进行数据通信的接口。

cpu12a按照从外部装置发来的造型数据30b控制各个功能单元，从而形成三维结构。

接下来，将会介绍本示范性实施例的操作。图3示出了要由cpu12a执行的三维造型程序30a的流程图。在从外部装置指令三维结构的形成时执行图3中的处理。

更进一步地，在下文中，将以图4中所示的形成三维结构40的情形为例进行介绍。如图4中所示，三维结构40具有兔子形状。

在步骤100(s100)中，从外部装置接收三维结构40的造型数据30b，并且将所接收的造型数据30b存储在存储单元30中。，使用例如标准三角化语言(stl)格式(其为表达三维形状的数据格式)作为三维结构40的造型数据30b的格式。因此，图4中所示的三维结构40被表示为一组三角形多边形。表示三维形状的数据格式并不局限于stl，也可以使用其它格式。

在步骤102(s102)中，按照在步骤100(s100)中接收的造型数据30b创建三维结构40的分层数据(切片数据)。具体来说，将平行于地平面(xy平面)(三维结构40的底部在该平面内与造型平台34相接触)的切片平面沿着高度方向(z轴方向)平移各个预定的分层间距，并且确定切片平面与多边形的相交点，从而创建表示三维结构40在切片平面内的截面图像的切片数据。针对被分切成各个预定的分层间距对应的三维结构40高度的各个截面图像创建这种切片数据。

例如，如图5中所示，平行于地平面50的切片平面52内的截面图像变为如图6所示的截面图像54。更进一步地，例如，如图7中所示，平行于地平面50的切片平面56内的截面图像变为如图8所示的截面图像58。而且，例如，如图9中所示，平行于地平面50的切片平面60内的截面图像变为如图10所示的截面图像62。

在步骤104(s104)中，基于步骤102(s102)中创建的三维结构40的各个层的切片数据确定支撑三维结构40所需的支撑结构。

虽然三维结构40是通过在造型平台34上相继层叠造型材料而形成的，但是在例如存在图4中所示的作为兔子耳朵下部(三维结构40的下侧会变为开放空间的部分，所谓的突出悬空部分)的情况下，有必要从下面支撑该突出悬空部分。因此，要基于各层的切片数据确定作为位于突出悬空部分下方的空间的支撑结构42。

具体来说，例如，参考从最上层开始依序的两个相邻层的切片数据。两个相邻层中的上层中存在三维结构40的区域或者被确定为需要支撑材料68的区域被设定为第一区域，而在两个相邻层中的下层中不存在三维结构并且与第一区域相对应的区域被设定为第二区域(在xy平面中与第一区域相同的区域)。在这种情况下，为了支撑上层的第一区域，将第一区域确定为需要支撑材料68。按照这一顺序从最上层一直到最下层顺序地进行这一确定过程。

例如，如图11中所示，如果假设图7中所示的切片平面56(在下文中，称为“下层56”)和图9中所示的切片平面60(在下文中，称为“上层60”)是相邻层，那么当各层的截面图像在z轴方向上重合时，获得了图11中所示的图像。此时，紧邻在上层60的截面图像62b(第一区域)之下的区域，即，下层56的与截面图像62b相对应的区域(第二区域)成为不存在三维结构的区域。因此，如图12中所示，下层56的与截面图像62b相对应的区域64就被确定为需要支撑材料68的区域。顺便说一下，在下层56的与截面图像62a相对应的区域中，由于这一区域是与下层56的截面图像58重叠的区域，即，在上层中存在造型材料的区域，则这一区域被确定为不需要支撑材料的区域。从最上层一直到最下层按这一顺序连续进行这样的确定过程。这样，就确定了如图4中所示的需要支撑材料68的支撑结构42。

在步骤106(s106)中，创建在步骤104(s104)中确定的支撑结构42的支撑材料数据30c。由于需要在包括支撑结构42的整体形成完成之后除掉支撑结构42，因此支撑结构42是由相比于造型材料更加易碎的、水溶的和热熔的材料制成的。这样，由于支撑材料相对于造型材料而言密度和强度更低，因此存在无法支撑位于其上的沉重实体部分的可能性。更进一步地，由于支撑材料具有较高的体积收缩比，因此存在支撑结构42的形状随时间变化的情况。

在本示范性实施例中，在将支撑结构42看成平行于xy平面的截面的情况下，支撑材料数据30c被创建成这样：将造型材料和支撑材料布置成包含造型材料和支撑材料的布局图案。具体来说，例如，如图13a中所示，该布局图案被设置为网格状图案，其中交替排布着造型材料66和支撑材料68。在这种情况下，优选地是均匀排布造型材料66和支撑材料68。更进一步地，一个格子中造型材料66的尺寸可以被设置为可通过造型材料喷射头16喷射出来的最小单位的尺寸，也可以被设置为某种程度的尺寸。更进一步地，所有造型材料66的尺寸可以是彼此不同的。此外，支撑材料68在上述特征方面也与造型材料66相同。

由此，在造型材料66以及支撑材料68都被布置在支撑结构42中的情况下，相比于只在支撑结构42中布置支撑材料68的情况而言，同时实现了防止支撑结构42强度下降和易于去除支撑结构42的效果。更进一步地，体积收缩比下降，从而防止了支撑结构42的形状随时间变化。

如图13b中所示，布局图案可以被设置为渐变状布局图案。在这种情况下，越接近三维结构40，支撑结构42中的支撑材料68的占比(每单位面积支撑材料68的量)越高，越远离三维结构40，支撑结构42中造型材料66的占比(每单位面积造型材料66的量)越高。因此，越接近三维结构40，支撑结构42的强度越低，并且因此从三维结构40上剥离支撑结构就变得容易。更进一步地，越远离三维结构40，支撑结构42的强度越高，从而很容易支撑沿着高度方向分离开的在支撑结构上形成的三维结构40，并且可以防止支撑结构42的形状由于体积收缩而随时间变化。由此，更为有效地同时实现了防止支撑结构42强度下降和易于去除支撑结构42的效果。更进一步地，防止了支撑结构42的形状随时间发生变化。

支撑材料68占比的变化(每单位面积支撑材料68量的变化)是可以任意设置的。例如，其变化可以是恒定的，并且也可以是越接近三维结构40越大并且越远离三维结构40越小。

如图13c中所示，布局图案可以被设置为随机布局图案。在这种情况下，支撑结构42中造型材料66和支撑材料68的布局是随机确定的。可以针对支撑结构42的各个区域改变随机密度。

这样一来，支撑材料数据30c被创建成这样：将造型材料66和支撑材料68布置在具有包含造型材料66和支撑材料68的布局图案的支撑结构42中，并且将创建的支撑材料数据30c存储在存储单元30中。

在造型材料66和支撑材料68的布局图案被设置为如图13a中所示的网格状布局图案的情况下，优选地，如图14中所示，支撑结构42中各层的布局图案被设置成：沿着高度方向(层叠方向)均等地交替配置造型材料66和支撑材料68。

这样一来，在造型材料66和支撑材料68的布局为清晰布局图案的情况下，优选地支撑材料数据30c被设置为这样：在高度方向上分别不连续地配置造型材料66和支撑材料68。

即使在造型材料66和支撑材料68的布局图案被设置为如图13b中所示的渐变状布局图案的情况下或者在它们的布局图案被设置为如图13c所示的随机布局图案的情况下，优选地，支撑结构42中各层的布局图案被设置成：沿着高度方向，尽可能分别不连续地配置造型材料66和支撑材料68。例如，如图15中所示，各层的布局图案被设置成不同的布局图案70和72彼此相邻。在这种情况下，例如，通过改变在设置渐变状布局图案或随机布局图案时使用的随机种子或随机算法或者通过进行三维误差扩散或掩模处理，造型材料66和支撑材料68可以分别在高度方向上尽可能不连续地配置。

更进一步地，造型材料66和支撑材料68的布局图案可以是由用户任意设置的。在这种情况下，例如，用户指定其中以柱状、阶梯状和螺旋状中的任何形状将造型材料66配置在支撑材料68中的布局图案。

可以在创建切片数据的同时执行支撑材料数据30c的创建。

在图4的例子中，示出的是支撑结构42直接存在于造型材料下方的情况，但是支撑材料数据30c可以被创建成这样：支撑结构42变为具有朝向下方张开的形状并且直接位于造型材料下方的支撑结构。

例如，存在使用熔融沉积造型(fdm)作为层叠方法的情况或者即使在没有直接位于造型材料下方的支撑结构时也能凭借材料的强度使自支撑成为可能的情况。在这种情况下，支撑材料数据30c可以被创建成在一定程度上省略支撑结构。

即使在从几何学角度不需要支撑结构的立方体的情况下，在发生造型材料下滴的情况下，也会有三维结构的表面精度下降的情况出现。因此，即使当在几何学角度不需要支撑结构时，也可以创建支撑材料数据30c来使得在三维结构周围形成支撑结构。

在步骤108(s108)，用于开始用uv光进行照射的指令被发送到uv光源22。这样，uv光源22开始用uv光进行照射。

在步骤110(s110)，执行造型处理。也就是说，控制xy扫描单元24，使得造型材料喷射头16和支撑材料喷射头20扫描xy平面，控制造型平台升降单元26，使得造型平台34沿着z轴方向逐渐下降，控制造型材料喷射头16，从而按照在步骤102(s102)中创建的切片数据喷射造型材料，并且控制支撑材料喷射头20，从而按照在步骤106(s106)中创建的支撑材料数据30c喷射支撑材料。

在步骤112(s112)，判断三维结构40和支撑结构42的形成是否完成。如果这一形成没有完成，则继续进行步骤114(s114)，并且如果这一形成完成，则继续进行步骤118(s118)。

在步骤114(s114)，判断执行造型材料喷射头16和支撑材料喷射头20清洁的时机是否到来。如果执行这一清洁的时机到了，则继续执行步骤116(s116)。同时，如果执行这一清洁的时机没有到，则继续执行步骤110(s110)，并且继续进行造型处理。

举例来说，执行这一清洁的时机可以是，例如，每次预定的时间段届满以及每次造型材料和支撑材料中的至少一者消耗了预定量。不过，执行这一清洁的时机并不局限于此。

在执行这一清洁的时机被设定为每次预定的时间段届满的情况下，优选地，通过多次不同地改变该时间段来测量头的堵塞状态，并且将其间头没有发生堵塞的时间段中的最长时间段设定为执行这一清洁的时机。这样做的原因在于，该时间段变得越短，清洁的次数越多，因而完成造型处理所花费的时间就会变得更长。因此，要防止清洁的不必要执行。

在步骤116(s116)，向xy扫描单元24发送指令以将造型材料喷射头16和支撑材料喷射头20移动到避让区，并且向清洁单元28发送指令以执行对造型材料喷射头16和支撑材料喷射头20的清洁。这样，造型材料喷射头16和支撑材料喷射头20被移动到了避让区，并且清洁单元28清洁造型材料喷射头16和支撑材料喷射头20。此时，在执行这一清洁的时机被设定为每次造型材料和支撑材料中的至少一者消耗了预定量的情况下，只有喷射已经消耗了预定量的材料的头可以得到清洁。

在步骤118(s118)，停止用uv光进行照射的指令被发送到uv光源22。这样，uv光源22停止用uv光进行照射。

如上所述，在本示范性实施例中，由于在支撑三维结构的支撑结构中配置了造型材料以及支撑材料，因此，相比于在支撑结构中仅使用支撑材料的情况而言，同时实现了维持三维结构的强度和易于去除支撑结构的效果。此外，通过维持支撑结构的强度防止了形状随时间变化。

(第二示范性实施例)

在下文中，将会介绍本发明的第二示范性实施例。在本示范性实施例中，将会介绍在创建切片数据和支撑材料数据30c的同时执行造型处理的情况。由于设备构造与第一示范性实施例的相同，因此省略了对它的介绍。

接下来，将会介绍本示范性实施例的操作。图16示出了要由cpu12a执行的三维造型程序30a的流程图。在从外部装置指令三维结构的形成时执行图16中的处理。

首先，在步骤200(s200)中，类似于图3的步骤100(s100)，从外部装置接收三维结构40的造型数据30b，并且将所接收的造型数据30b存储在存储单元30中。

在步骤202(s202)，预测需要支撑结构的区域。如图17中所示，虽然三维结构40的形成是通过沿着高度方向从地表面开始顺序地层叠造型材料来执行的，但是即使在到达造型时的高度都不需要支撑结构的情况下，也会有在继续推进造型的步骤中需要支撑三维结构的支撑结构的情况。例如，如图17中所示，xy平面中的区域74和76在执行到达它们的高度的造型时不需要支撑结构，但是需要为三维结构出现时的高度提供支撑结构，因为该三维结构是随着造型的进展而出现的。因此，在本示范性实施例中，在造型开始之前，要预测需要支撑结构的区域。

具体地说，基于造型数据30b获得沿着高度方向投影三维结构40时在xy平面上的投影区域。在沿着高度方向直接从上向下看图4中所示的三维结构40的情况下，所看到的三维结构40为图18a中所示。这样，xy平面上的投影区域是如图18b中所示的投影区域78。因此，投影区域78的内部被设定为需要支撑结构的区域。

接下来，如图19中所示，投影区域78被划分成多个块80。然后，针对各个块获得高度方向的最大值，并且将支撑结构限定为最高到达所获得的最大值。由此，可以防止不必要地形成支撑结构。图20示出将支撑结构42限定为最高到达针对各个块所获得的高度方向上的最大值的情况的例子。更进一步地，图21表示与图20的情况相比存在更大量的块80的情况的例子。

如图21中所示，随着块80数量的增加，减少不必要支撑结构42的效果愈加明显。例如，支撑结构42被设定为必要最小值。也就是说，在不必要的支撑结构被设定为0的情况下，需要在将投影区域78中包含的所有像素看作块的同时处理投影区域78中包含的所有像素，但是处理时间变长了。同时，当块80的数量过少时，处理时间缩短，但是不必要的支撑结构42增多。因此，要在考虑处理时间与减少不必要的支撑结构42之间的平衡的前提下设定块80的数量。

例如，可以将投影区域78中包含的像素的数量与通过按照分层间距划分三维结构40的高度而获得的层数(切片数据的数量)之中较小的一个设定为块80的数量。

在步骤204(s204)，类似于图3中的步骤108(s108)，用于开始用uv光进行照射的指令被发送到uv光源22。

在步骤206(s206)中，类似于图3的步骤102(s102)，创建三维结构40的分层数据(切片数据)。

在步骤208(s208)，类似于图3的步骤106(s106)，创建在步骤202(s202)中预测出来的支撑结构42的支撑材料数据30c。

由于步骤210到218(s210到s218)与图1的步骤110到118(s110到s118)相同，因此将省略它们的介绍。

如上所述，在本示范性实施例中，由于造型处理是在创造切片数据和支撑材料数据30c的同时执行的，因此三维结构40的造型时间得到了缩短。更进一步地，类似于第一示范性实施例，由于在支撑三维结构的支撑结构中配置了造型材料以及支撑材料，因此，相比于在支撑结构中仅使用支撑材料的情况而言，同时实现了维持三维结构的强度和易于去除支撑结构的效果。此外，通过维持支撑结构的强度防止了形状随时间变化。

在层数等于或大于投影区域78中包含的像素数量的情况下，也就是说，在三维结构40的高度相对较高的情况下，可以执行本示范性实施例的造型处理。更进一步地，在层数小于投影区域78中包含的像素数量的情况下，也就是说，在三维结构40的高度相对较低的情况下，可以执行第一示范性实施例中介绍的造型处理。

(支撑材料)

在下文中，将会更加详细地介绍支撑材料。

支撑材料是用于喷射法的支撑材料。支撑材料包含可热水溶解、可辐射固化的化合物以及从由甘油聚合物的脂肪酸酯、甘油聚合物的环氧乙烷加成物和甘油聚合物的聚氧化丙烯加成物组成的组中选取的至少一种基于甘油聚合物的化合物。

这里，“可热水溶解性”指的是在用放射线照射之后固化的化合物表现出在至少40℃到90℃的热水中的溶解性。更进一步地，“可溶解性”指的是，在将固化的化合物浸入上述温度范围的热水中时，该化合物会溶解在热水中从而表现出流动性，并且无法维持化合物在固化时形成的形状。

更进一步地，本说明书中的热水指的是上述温度范围的热水。

按照本示范性实施例，当支撑材料满足上述配置时，就提供了一种能够形成具有出色的形状精度的三维结构的支撑材料。

对由这一效果表现出的评价机理作出如下推断。

在现有技术中，三维结构的形成是由喷墨型喷射头使用可辐射固化的造型材料和可辐射固化的支撑材料来执行的。例如，通过喷墨来喷射并通过用放射线照射来固化造型材料以形成一个结构，并且通过喷墨来喷射并通过用放射线照射来固化支撑材料以形成支撑结构，从而形成具有目标形状的结构，然后除掉支撑结构，从而获得三维结构。

这里，要求用于喷墨的支撑材料具有达到这种程度的粘度：在由喷射头喷射支撑材料时，支撑材料可以在一定温度(通常是45℃到85℃的温度)下从喷射头中喷射出来。另一方面，从由支撑材料精确形成具有期望形状的支撑结构的角度来说，要求在支撑材料被从喷射头中喷射出来之后、直到通过用放射线进行照射来固化支撑材料之前，抑制支撑材料从所喷射到的位置发生运动。

与此不同，按照本示范性实施例的用于喷墨的支撑材料包含从上述组中选取的基于甘油聚合物的化合物。因此，即使当支撑材料的低粘度的流动性达到在喷射支撑材料时支撑材料可以从喷射头中喷射出来的程度，在支撑材料喷射出来之后，也会因支撑材料的温度降低而粘度增大，从而降低了它的流动性。由此，支撑材料从喷射位置的运动得到了减小，并且因而防止了直到通过用放射线进行照射来固化支撑材料之前的支撑材料运动，从而形成了具有出色的形状精度的支撑结构。结果，由于支撑结构在形状精度方面表现优异，因此对使用按照本示范性实施例的支撑材料连同造型材料一起形成的三维结构进行实现以具有优异的形状精度。

更进一步地，按照本示范性实施例的包含可辐射固化的化合物和从上述组中选取的基于甘油聚合物的化合物的支撑材料会在放射线照射下表现出优异的可固化性。由于与支撑材料在受到放射线照射而固化之前相比，支撑材料的溶解温度会在支撑材料受到放射线照射而固化之后增高，因此会在固化之后在支撑结构上进一步进行层叠，以形成下一个支撑结构。因此，即使在固化后进一步喷射的支撑材料要着落于其上的情况下，由于支撑材料的喷射造成的热而导致的支撑材料形变发生的可能性也很小。由此，形成了在形状精度方面表现优异的支撑结构。

要求支撑材料在形成支撑结构之后(即，在支撑材料固化之后)具有可去除性。与此不同，在本示范性实施例中，支撑材料包含可热水溶解、可辐射固化的化合物和从上述组中选取的基于甘油聚合物的化合物。由于可热水溶解、可辐射固化的化合物表现出在热水中的可溶解性，并且基于甘油聚合物的化合物也是一种可以溶解于热水的化合物，因此当在除掉支撑结构的时候使用热水时，支撑结构会溶解于热水中，并且因而可以容易地除掉支撑结构。

在下文中，将会详细介绍按照本示范性实施例的支撑材料的组分。

按照本示范性实施例的支撑材料包含可热水溶解、可辐射固化的化合物和基于甘油聚合物的化合物。除了上述组分外，支撑材料可以包含其它添加剂，比如增塑剂、辐射聚合引发剂、阻聚剂、表面活性剂和着色剂。

(可热水溶解、可辐射固化的化合物)

可辐射固化化合物是可由放射线(例如，紫外线和电子束)固化(聚合)的化合物。可辐射固化化合物可以是单体，并且也可以是低聚物。

“可热水溶解性”指的是在用放射线照射之后固化的化合物表现出在上述的温度范围的热水中的溶解性。

举例来说，具有可辐射固化官能团(可辐射聚合官能团)的化合物可以作为可辐射固化化合物。可辐射固化官能团的例子包括烯属不饱和双键(例如，n-乙烯基团、乙烯醚基团、(甲基)丙烯酰基团)、环氧基团和氧杂环丁烷基团。在这些化合物当中，具有烯属不饱和双键(例如，丙烯酰基团)的化合物是较佳选择。

可热水溶解、可辐射固化的化合物的例子包括羟乙基(甲基)丙烯酸酯(ch2＝c(-r)-c(＝o)-ch2ch2oh/r：氢或甲基基团)、(甲基)丙烯酰胺(ch2＝c(-r)-c(＝o)-nh2/r：氢或甲基基团)、羟乙基(甲基)丙烯酰胺(ch2＝c(-r)-c(＝o)-nh-ch2ch2oh/r：氢或甲基基团)、(甲基)丙烯酰吗啉、丙烯酸(ch2＝ch-c(＝o-oh))、甲氧基三乙二醇丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯和甲氧基聚乙二醇胺丙烯酸酯。

在这些当中，从改善喷射时低粘度下喷射法的可喷射性、易于用放射线照射进行固化以及改善在固化后使用热水可去除性的角度出发，羟乙基(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酰吗啉、丙烯酸、甲氧基三乙二醇丙烯酸酯和甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯是优选的，并且羟乙基(甲基)丙烯酸酯是更优选的。

在本说明书中，(甲基)酰化物指的是丙烯酸酯和异丁烯酸二者。更进一步地，(甲基)丙烯酰指的是丙烯酰基团和异丁烯酰基团二者。

可辐射固化化合物的粘度

可辐射固化化合物的粘度(23℃)优选地为5mpa·s到80mpa·s，更优选地是8mpa·s到60mpa·s，并且进一步更加优选地是10mpa·s到50mpa·s。

粘度可以按照稍后将会介绍的使用rheomat115(由contraves制造)的测量方法进行测量。

可辐射固化化合物的含量

相对于支撑材料的总量而言，可辐射固化混合物的含量优选地是按重量占40％到按重量占80％，并且更加优选地是按重量占45％到按重量占65％。

(基于甘油聚合物的化合物)

按照本示范性实施例的支撑材料包含从由甘油聚合物的脂肪酸酯、甘油聚合物的环氧乙烷加成物和甘油聚合物的聚氧化丙烯加成物组成的组中选取的至少一种基于甘油聚合物的化合物。

作为甘油聚合物的脂肪酸酯中的甘油聚合物，通过两个甘油分子至二十个甘油分子的聚合而获得的甘油聚合物是较佳的选择，并且它的例子包括双聚甘油、三聚甘油、四聚甘油、五聚甘油、六聚甘油、七聚甘油、八聚甘油、九聚甘油、十聚甘油、十一聚甘油和十二聚甘油。在这些甘油聚合物当中，四聚甘油、六聚甘油或十聚甘油是较佳选择。

作为脂肪酸，16碳原子到20碳原子的脂肪酸是较佳的选择，并且它们的例子包括饱和脂肪酸，比如棕榈酸、硬脂酸和花生酸。

举例来说，上述甘油聚合物的脂肪酸酯中的甘油聚合物可以作为甘油聚合物的环氧乙烷加成物和甘油聚合物的聚环氧丙烯加成物中的甘油聚合物。

环氧乙烷或环氧丙烷的添加量优选为60摩尔到120摩尔，并且更加优选地是80摩尔到100摩尔。

基于甘油聚合物的化合物可以单独使用或者以两种或更多种的组合物的形式使用。

举例来说，甘油聚合物的脂肪酸酯与甘油聚合物的环氧乙烷加成物或甘油聚合物的聚氧化丙烯加成物的混合物可以作为两种或更多种的组合物的例子。具体来说，甘油聚合物的硬脂酸酯(例如，十聚甘油的硬脂酸酯)与甘油聚合物的环氧乙烷加成物(例如，双聚甘油的环氧乙烷加成物)的混合物可以作为例子。

在使用甘油聚合物的脂肪酸酯(a)与甘油聚合物的环氧乙烷加成物或甘油聚合物的聚氧化丙烯加成物(b)进行组合的情况下，它们的重量比(a：b)处于70:30到90:10的优选范围内，并且更加优选的范围是75:25到85:15。

基于甘油聚合物的化合物的hlb值(在使用两种或更多种基于甘油聚合物的化合物制作它们的组合物的情况下，它们的混合物的亲水亲油平衡(hydrophilelipophilebalance)值/hlb值)优选地为7到13，并且更加优选地是8到12。当它们的hlb为7或以上时，支撑材料在热水中的可溶解性可以得到改善。更进一步地，当它们的hlb值为13或以下时，支撑材料从喷射头中喷出之后支撑材料粘度增大的性能会得到进一步改善，并且因而支撑结构的形状精度得到进一步改善。

基于甘油聚合物的化合物的粘度

优选地，基于甘油聚合物的化合物在常温(23℃)下是固态。

由喷墨型喷射头喷射支撑材料时的温度是70℃，并且基于甘油聚合物的化合物在这一温度下的粘度优选地是200mpa·s到1500mpa·s，更加优选地是400mpa·s到1200mpa·s，并且进一步更加优选地是600mpa·s到1000mpa·s。

粘度可以是按照稍后将会介绍的使用rheomat115(由contraves制造)的测量方法测量的。

基于甘油聚合物的化合物的含量

相对于支撑材料的总量而言，基于甘油聚合物的化合物的含量(在使用两种或更多种基于甘油聚合物的化合物作为它们的组合物的情况下，基于甘油聚合物的化合物的总含量)优选地是按重量占5％到按重量占45％，更加优选地是按重量占10％到按重量占35％，并且进一步更加优选地是按重量占15％到按重量占30％。

(增塑剂)

按照本示范性实施例的支撑材料可以更进一步包含增塑剂。

举例来说，非可辐射固化聚合物可以作为增塑剂。非可辐射固化聚合物指的是辐射(例如，紫外线或电子束)不会造成固化(聚合)反应的聚合物。

非可辐射固化聚合物优选地是从由聚醚多醇、蓖麻油多元醇和聚酯多元醇组成的组中选取的至少一种。

聚醚多醇

聚醚多醇的例子包括多元醇的聚合物、多元醇和烯化氧的加合物和烯化氧的开环聚合物。

多元醇的例子包括乙二醇、二甘醇、丙二醇、二丙二醇醚、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、1,2-己二醇、3-甲基1,5-戊二醇、2-丁基-2-乙-1,3-丙二醇、2,4-二乙基-1,5-戊二醇、1,8-辛二醇、1,9-壬二醇、2-甲基1,8-辛二醇、1,8-癸二醇、十八烷二醇、甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇和己三醇。

烯化氧的例子包括环氧乙烷、环氧丙烷、氧化丁烯、氧化苯乙烯、表氯醇和四氢呋喃。

蓖麻油多元醇

蓖麻油多元醇的例子包括通过用多元醇对蓖麻油进行改性而得到的改性蓖麻油，和通过用多元醇对蓖麻油脂肪酸(从蓖麻油获得的脂肪酸)进行改性得到的改性蓖麻油脂肪酸。

多元醇的例子包括在聚醚多醇的介绍中举例说明的多元醇。

蓖麻油多元醇中的羟值优选地是100mgkoh/g到300mgkoh/g，并且更加优选地是130mgkoh/g到200mgkoh/g。

聚酯多元醇

聚酯多元醇的例子包括多元醇和二元酸的反应物以及环状酯化合物的开环聚合物。

多元醇的例子包括在聚醚多醇的介绍中举例说明的多元醇。

二元酸的例子包括羧酸(例如，丁二酸，己二酸，癸二酸，二聚酸，马来酸，邻苯二甲酸，间苯二甲酸和对苯二甲酸)和羧酸的酐。

环状酯化合物的例子包括ε-己内酯和β-甲基-δ-戊内酯。

这里，非可辐射固化的聚合物与上述各种不同的多元醇一起，可以被用于与多元醇组合。特别地，多元醇可以是被用于与聚酯多元醇组合。也就是说，举例来说，可以将聚酯多元醇和多元醇的混合物作为非可辐射固化聚合物。

相对于可辐射固化聚合物的总量而言，与前面提到的各种不同的多元醇相组合时使用的多元醇的含量可以是按重量占30％到按重量占60％(优选地是按重量占35％到按重量占50％)。尤其是，在使用聚酯多元醇和多元醇的混合物的情况下，它们的比例(聚酯多元醇/多元醇)可以是30/70到10/90(优选地是25/75到20/80)。

多元醇的例子包括聚醚多醇的介绍中举例说明的多元醇。

非可辐射固化聚合物的重量平均分子量

非可辐射固化聚合物的重量平均分子量优选地是200到1000，并且更加优选地是250到850。

非可辐射固化聚合物的重量平均分子量是通过使用聚苯乙烯作为标准材料的凝胶渗透色谱法(gpc)测得的值。

非可辐射固化聚合物的粘度

非可辐射固化聚合物的粘度(25℃)优选地是200mpa·s或以下，更加优选地是100mpa·s或更少，并且进一步更加优选地是70mpa·s或更少。

粘度可以是按照稍后将会介绍的使用rheomat115(由contraves制造)的测量方法测量的。

增塑剂的含量

相对于支撑材料的总量而言，增塑剂的含量优选地是按重量占25％到按重量占60％，更加优选地是按重量占30％到按重量占55％，进一步更加优选地是按重量占35％到按重量占50％。

增塑剂可以单独使用或者以两种或更多种增塑剂的组合物的形式使用。

(辐射聚合引发剂)

举例来说，公知的聚合引发剂，比如辐射自由基聚合引发剂和辐射阳离子聚合引发剂，可以作为辐射聚合引发剂。

辐射自由基聚合引发剂的例子包括芳香酮、酰基膦氧化化合物、芳香翁盐化合物、有机过氧化物，含硫化合物(噻吨酮化合物、含苯硫基基团的化合物，等等)、六芳基双咪唑化合物、酮肟酯化合物、硼酸酯化合物、嗪鎓化合物、茂金属化合物、活性酯化合物、具有碳-卤素键的化合物和烷基胺化合物。

辐射自由基聚合引发剂的具体例子包括公知的辐射聚合引发剂，比如苯乙酮、苯乙酮苯甲基缩酮、1-羟基二苯酮、2,2-二甲氧-2-苯基苯乙酮、氧杂蒽酮、芴酮、苯甲醛、芴、蒽醌、三苯胺、咔唑、3-对甲基苯乙酮、4-氯代二苯甲酮、4,4'-二甲氧基二苯甲酮、4,4'-二氨基二苯甲酮、米蚩酮、安息香丙醚、苯偶姻乙醚、苯甲基二甲基缩酮、1-(4-异丙苯基)-2-羟-2-甲基丙醇-1-酮、2-羟甲基二恶戊烷-苯丙烷-1-酮、噻吨酮、二乙基噻吨酮、2-异丙基噻吨酮、2-氯代噻吨酮、甲基二恶戊烷-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉代-丙烷-1-酮、双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯膦氧化物、2,4,6-三甲基苯甲酰基-联苯-氧化膦、2,4-二乙基噻吨酮和双(2,6-二甲氧基苯甲酰基)-2,4,4-三甲基苯甲酰基氧化膦。

辐射聚合引发剂的含量

相对于可辐射固化化合物而言，辐射聚合引发剂的含量优选地是按重量占1％到按重量占10％，并且更加优选地是按重量占3％到按重量占5％。

辐射聚合引发剂可以单独使用或者以两种或更多种辐射聚合引发剂的组合物的形式使用。

(阻聚剂)

阻聚剂的例子包括公知的阻聚剂，比如苯酚基阻聚剂(例如，p-甲氧基苯酚、甲酚、t-丁基邻苯二酚、3,5-二-t-丁基-4-羟基甲苯、2,2'-亚甲基-双(4-甲基-6-t-丁基酚)、2,2'-亚甲基-双(4-乙-6-丁基酚)、4,4'-硫代-双(3-甲基－6-t-丁基酚)，等等)、位阻胺、对苯二酚单乙醚(mehq)和对苯二酚。

阻聚剂的含量

相对于可辐射固化化合物而言，阻聚剂的含量优选地是按重量占0.1％到按重量占1％，并且更加优选地是按重量占0.3％到按重量占0.5％。

阻聚剂可以单独使用或者以两种或更多种阻聚剂的组合物的形式使用。

(表面活性剂)

表面活性剂的例子包括公知的表面活性剂，比如基于硅树脂的表面活性剂、丙烯酸表面活性剂、阳离子表面活性剂、离子表面活性剂、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂和基于氟的表面活性剂。

表面活性剂的含量

相对于可辐射固化化合物而言，表面活性剂的含量优选地是按重量占0.05％到按重量占0.5％，并且更加优选地是按重量占0.1％到按重量占0.3％。

表面活性剂可以单独使用或者以两种或更多种表面活性剂的组合物的形式使用。

(其它添加剂)

除了上述添加剂之外的其它添加剂的例子包括公知的添加剂，比如着色剂、溶剂、敏化剂、定影剂、杀真菌剂、防腐剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、螯合剂、增稠剂、分散剂、聚合加速剂、穿透增强器和润湿剂(保湿剂)。

(支撑材料的特性)

支撑材料的表面张力处于20mn/m到40mn/m的范围内。

这里，表面张力是由wilhelmy型表面张力计(由kyowainterfacescienceco.,ltd.出品)在温度为23℃、相对湿度(rh)为55％的环境下测量的值。

支撑材料的粘度(23℃)处于30mpa·s到50mpa·s的范围内。

由喷墨型喷射头喷射支撑材料时的温度是70℃，并且支撑材料在这一温度下的粘度优选地是5mpa·s到20mpa·s，更加优选地是8mpa·s到18mpa·s，并且进一步更加优选地是10mpa·s到15mpa·s。

粘度是通过在剪切速度为1400s-1的条件下使用rheomat115(由contraves出品)作为测量装置并且将测量温度设置为上述温度而测量得到的值1。

(造型材料)

在下文中，将会介绍造型材料。

造型材料包含可辐射固化化合物(用于造型材料的可辐射固化化合物)。除了前面提到的组分外，造型材料可以进一步包含其它添加剂，比如辐射聚合引发剂、阻聚剂、表面活性剂和着色剂。

举例来说，具有可辐射固化官能团(可辐射聚合官能团)的化合物可以作为用于造型材料的可辐射固化化合物(造型材料用的可辐射固化化合物)。可辐射固化官能团的例子包括烯属不饱和双键，例如，n-乙烯基团、乙烯醚基团、(甲基)丙烯酰基团、环氧基团和氧杂环丁烷基团。具有烯属不饱和双键基团(优选地，(甲基)丙烯酰基团)的化合物作为可辐射固化化合物是较佳选择。

用于造型材料的可辐射固化化合物的具体例子包括氨基甲酸乙酯(甲基)丙烯酸酯、环氧(甲基)丙烯酸酯和聚酯(甲基)丙烯酸酯。在这些当中，氨基甲酸乙酯(甲基)丙烯酸酯是作为用于造型材料的可辐射固化化合物的较佳选择。

相对于造型材料的总量而言，造型材料用的可辐射固化化合物的含量优选地是按重量占94％到按重量占99％，并且更加优选地是按重量占93％到按重量占97％。

特别地，在造型材料用的可辐射固化化合物中，优选地是，氨基甲酸乙酯(甲基)丙烯酸酯与另一种可辐射固化化合物(例如，单官能团或多官能团(甲基)丙烯酸酯)一起使用。在这种情况下，相对于造型材料的总量而言，氨基甲酸乙酯(甲基)丙烯酸酯的含量优选是按重量占10％到按重量占60％，并且更加优选地是按重量占20％到按重量占50％。更进一步地，相对于造型材料的总量而言，上述另一种可辐射固化化合物的含量优选是按重量占40％到按重量占75％，并且更加优选地是按重量占50％到按重量占65％。

造型材料用可辐射固化化合物可以单独使用或者以两种或更多种造型材料用可辐射固化化合物的组合物的形式使用。

针对支撑材料举例给出的组分，也可以用作用于造型材料的辐射聚合引发剂、阻聚剂、表面活性剂和着色剂。举例说明的造型材料的特性与支撑材料的特性的范围也是相同的。

(制造三维结构的方法)

通过按照本示范性实施例的三维成型设备10，执行制造三维结构的方法，包括步骤：通过喷墨法喷射可辐射固化造型材料并且通过用放射线照射来对所喷射的可辐射固化造型材料进行固化，以形成三维结构；和通过喷墨法喷射支撑材料并且通过用放射线照射来对所喷射的支撑材料进行固化，以形成支撑三维结构的至少一部分的支撑结构。在按照本示范性实施例的制造三维结构的方法中，在形成三维结构之后，通过将支撑结构溶解于40℃到90℃(优选地是60℃到90℃，更加优选地是60℃到80℃)的热水中来除掉支撑结构，以便形成三维结构。

具体来说，可以采用将具有支撑结构的三维结构沉浸到热水中并且因而分解支撑结构以除掉支撑结构的方法(沉浸法)、将热水喷射到具有支撑结构的三维结构上从而分解支撑结构以通过水压除掉支撑结构的方法(喷射法)等等。就简单的去除方法而言，通过沉浸法去除支撑结构是更佳的选择。在沉浸法中，优选地也可以使用超声波照射。

所获得的结构可以进行后处理，比如打磨处理。

三维成型设备10可以配备容纳造型材料并可拆卸地加装在三维成型设备10上的造型材料盒。类似地，三维成型设备10可以配备容纳支撑材料并可拆卸地加装在三维成型设备10上的支撑材料盒。

在下文中，将会参照实例更加详细地介绍本发明。

不过，本发明并不局限于这些实例。这里，“份”是以重量为基础的，除非另作说明。

(实例1)

支撑材料sa1

制备基于甘油聚合物的化合物

从100℃到200℃加热并搅拌80份十聚甘油三硬酯酸盐和20份双聚甘油-环氧乙烷100摩尔加合物，直到它们熔化，并且将熔化物冷却到室温(25℃)，以获得hlb值为10的基于甘油聚合物的化合物1。

支撑材料sa1的制备

羟乙基丙烯酸酯(hea)：100份

(可热水溶解uv可固化化合物)

蓖麻油多元醇：50份

(增塑剂，由itohoilchemicalsco.,ltd.出品的"urich-31"，羟值：157mgkoh/g到170mgkoh/g，粘度(25℃)：40mpa·s或更低)

基于甘油聚合物的化合物1：50份

聚合引发剂：5.0份

(由basf公司出品的"darocur1173"，2-羟基-2-甲基-1-苯丙烷-1-酮)

阻聚剂：0.5份

(由rahnag公司出品的"genorad16")

将上述组分相互混合，以制备支撑材料sa1。

(实例2)

按照与实例1中相同的方式获得支撑材料，只是将实例1中使用的基于甘油聚合物的化合物1改为按如下方式制备的基于甘油聚合物的化合物2。

制备基于甘油聚合物的化合物2

从100℃到200℃加热并搅拌20份十聚甘油三硬酯酸盐和80份双聚甘油-环氧乙烷100摩尔加合物，直到它们熔化，并且将熔化物冷却到室温(25℃)，以获得hlb值为9.5的基于甘油聚合物的化合物2。

(实例3)

按照与实例1中相同的方式获得支撑材料，只是将实例1中使用的羟乙基丙烯酸酯(hea)改为丙烯酰吗啉。

(实例4)

按照与实例1中相同的方式获得支撑材料，只是将实例1中使用的增塑剂(蓖麻油，urich-31)改为聚酯多元醇(p-400，由adekacorporation出品)

(比较例1)

按照与实例1中相同的方式获得支撑材料，只是不使用实例1中的羟乙基丙烯酸酯(hea)、聚合引发剂(darocur1173)和阻聚剂(genorad16)。

(比较例2)

按照与实例1中相同的方式获得支撑材料，只是不使用实例1中的基于甘油聚合物的化合物1。

(比较例3)

按照与实例3中相同的方式获得支撑材料，只是不使用实例3中的基于甘油聚合物的化合物1。

(比较例4)

按照与实例4中相同的方式获得支撑材料，只是不使用实例4中的基于甘油聚合物的化合物1。

(比较例5)

按照与实例1中相同的方式获得支撑材料，只是将实例1中的基于甘油聚合物的化合物改为乙烯-醋酸乙烯共聚物(商品名：701d，由moribestoresinc.出品)。

(评价)

喷墨喷射适用性的评价

通过测量粘度来评价支撑材料的喷墨喷射适用性。

70℃下的粘度是在1400s-1的剪切速度的条件下用rheomat115(由contraves出品)测量的。

评价标准如下。

评价标准

a(o)：15mpa·s或更小

b(δ)：大于15mpa·s且30mpa·s或以下

c(x)：大于30mpa·s

形状精度(分辨率)的评价

准备具有造型图案的分辨率图案，其中以网格(参照图22)的形式分别排布4mm，3mm，2.5mm，2mm，1.8mm，1.5mm，1.4mm，1.2mm，1.0mm，0.8mm，0.6mm，0.5mm，0.45mm，0.4mm，0.35mm，0.3mm和0.25mm的正方形投影部分(高度：0.5mm)。

选择由fujifilmdimatrixinc.出品的polaris头(型号：pq512/85)作为喷射头、选取integrationtechnologyltd.出品的subzero-055(强度100w/cm)作为紫外线照射光源，将它们设置在包括驱动单元和控制单元的成型设备中，并且使用这一成型设备作为测试用成型设备。在成型设备中，喷射头和光源往复地一起移动，层叠出20μm厚的支撑材料层，并且每次扫描通过紫外线照射执行一次固化处理，从而由支撑材料形成支撑结构。更进一步地，在成型设备中，支撑材料在遮光状态下借助进料泵从储存槽经由saint－gobaintmk.k.出品的tygon2375抗化学腐蚀管道穿过由nihonpallltd.出品的profilestara050过滤器(过滤精度5μm)，以便从支撑材料中除去异类材料，然后结果得到的支撑材料被供给给喷射头。

由上述成型设备对分辨率图案进行扫描，以形成支撑材料图案。

根据支撑结构图案是否可以被分解到这样程度的大小来评价形状精度(分辨率)。

可热水去除性的评价

将形状精度(分辨率)评价时形成的支撑结构图案沉浸到60℃的热水中。

根据支撑结构图案是否分解来评价可热水去除性。

评价标准

a(o)：在5分钟之内支撑结构图案分解并且固体消失

b(δ)：支撑结构图案分解，但是固体消失花费了30分钟以上

c(x)：支撑结构图案不分解，并且固体保持不变

表1

从表1的结果可以发现，相比于支撑材料不包含基于甘油聚合物的化合物的各个比较例2、3和4，在使用了包含可热水溶解、可辐射固化的化合物和特定的基于甘油聚合物的化合物的各个实例中，所形成的支撑结构的形状精度非常优异。

支撑材料的粘度调节

在下文中，将会介绍支撑材料的粘度调节的试验结果。图23表示针对多种图案的结构，评价支撑材料在55℃(喷射头的温度)下的粘度和在uv固化后支撑材料的可溶性的结果。评价标准如下。

评价标准

o：支撑材料分解了(在超声波处理的情况下在1分钟之内)

o-：需要花些时间分解支撑材料(在超声波处理的情况下3分钟到5分钟)

δ++：分解之后的瞬间仍有未溶解的物质，不过过一会儿也溶解了

δ+：分解之后的瞬间仍有未溶解的物质，不过经过一夜也溶解了

δ：支撑材料破碎，但是不分解

我们发现，当参照包含羟乙基丙烯酸酯(hea)、对苯二酚单甲基醚(mehq)、双酰基膦氧化物(bapo)、irgacure379(由basf公司出品的2-二甲基氨基-2-(4-甲苄基)-1-(4-吗啉-4-基-苯基)-丁-1-酮)、itx(2-异丙基噻吨酮)、tegowet270(由evonikjapan出品的聚醚改性硅氧烷共聚物)和p-400(聚酯多元醇)的结构fxs49评价用heaa(羟乙基丙烯酰胺)替代了hea的合成物fxs52的粘度和可溶性的时候，在uv固化之后，借助超声波作用，合成物fxs52在很短的时间内分解。

heaa因其内部的酰胺基的氢键而具有非常高的粘度，并且在固化之后具有很高的形状保持性能。heaa在55℃(喷射头的温度)下的粘度是43.2mpa·s，这是很高的粘度，即使增大非可uv固化组分p-400的量也不会明显下降。其原因在于，p-400在55℃下的初始粘度是17mpa·s。这样，一种降低heaa粘度的尝试是使用低粘度的单官能团单体hea或oh改性蓖麻油(h31)，其为低粘度非可uv固化组分，直到heaa可以被用于喷墨法。

如图23中所示，在用hea和h31进行粘度调节时，要权衡水中的可溶性和粘度之间的关系，并且结构fxs63是唯一可接受程度的结构。

这样，找到了可溶于水的支撑材料组成，这种支撑材料组成可以在uv固化之后被水溶解并且具有能够用喷墨法喷射出来的粘度。作为可溶于水的支撑材料的所必须的要求，下面举例给出了四点。

(1)需要50wt％或以上的非可uv固化组分。

(2)不使用双官能或更多官能的反应组分。

(3)选择具有高灵敏度的单官能单体，并且要防止由副反应引起的交联反应。

(4)uv固化之后的聚合物和非可uv固化的组分彼此相分离并彼此相组合。

不使用可溶于水的支撑材料，也可以使用可热熔的支撑材料。可热熔支撑材料的例子包括通过加热液化并通过自然冷却凝固的粉末状水溶性蜡和尿素粉末。

在各个上述示范性实施例中，介绍了造型平台34在造型材料喷射头16扫描xy平面的同时沿着z轴方向逐渐下降的情况。不过，在造型平台34固定的状态下，造型材料喷射头16可以在扫描xy平面的同时沿着z轴方向逐渐升高。更进一步地，造型平台34和造型材料喷射头16可以移动，以致在z轴方向上分离开。

在各个上述示范性实施例中介绍的三维造型设备10的结构(参见图1)仅仅是一个实例。在不超出本发明的思想的范围内，可以除掉不必要的部件或者添加新的部件。

前面本发明示范性实施例的介绍是为了图解和说明的目的而给出的。并没有打算详尽无遗或者将本发明局限于所公开的确切形式。显然，对于本领域从业者而言，很多改造和变形是显而易见的。选取和介绍这些实施例是为了更好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使得本领域其它技术人员能够理解本发明为了适合于预期的特定用途而对应于各种不同实施方式并且具有各种不同修改形式。我们希望本发明的范围由所附权利要求书以及它们的等价内容来限定。