本发明涉及一种膏剂以及三维造型物的制造方法。
背景技术：
一直以来，实施了各种各样的制造三维造型物的制造方法。其中，公开了一种在形成与三维造型物的构成区域相对应的构成层时，在对该构成层进行支承的同时制造三维造型物的制造方法。
例如，在专利文献1中，公开了一种如下的制造方法，即，通过多次进行利用粉末材料来形成层并向与三维造型物的构成区域相对应的部分(即，构成层)喷出粘合剂的这种循环，从而在通过与构成区域相对应的部分以外的粉末材料来对构成层进行支承的同时制造三维造型物。
三维造型物能够由各种各样的材料构成，例如存在有如下情况，即，通过金属或陶瓷等来形成三维造型物的形状，并在三维造型物的形状完成之后使之烧结。其中，存在有将三维造型物的构成层及其支承层一起加热，并使构成层烧结的情况。在这样的情况下，由于支承层具有对烧结中的构成层进行支承的作用，并且易于在烧结后与构成层发生剥离，因此通常使用的是，伴随于构成层的烧结的形状变化较小、且不会随着构成层的烧结而溶融以及烧结的材料。
然而，如果形成这样的支承层，则在当形成三维造型物的构成层时，在对该构成层进行支承的同时对三维造型物进行制造的现有的制造方法中，存在有如下情况，即，在随着构成层的烧结的体积变化(收缩)中未伴随有支承层的形状变化，从而构成层发生扭曲(即，三维造型物的烧结体发生变形)的情况。即，存在有随着构成层的扭曲而无法制造出高精度的三维造型物的情况。
专利文献1：日本特开平6-218712号公报
技术实现要素：
因此，本发明的目的在于，制造出高精度的三维造型物。
为了解决上述课题的本发明的第一方式的膏剂为，在制造三维造型物时使用的该支承层的形成用的三维造型用膏剂，所述膏剂的特征在于，含有溶媒和可溶于该溶媒的粘合剂、支承层形成用第一粒子、分解温度低于该支承层形成用第一粒子的烧结温度的材料，在将所述支承层形成用第一粒子与所述材料的合计的体积设为100％时，以20％以上且60％以下的体积含有所述材料。
根据本方式，在形成支承层时，能够使用如下的膏剂，所述膏剂含有溶媒和可溶于该溶媒的粘合剂、支承层形成用第一粒子、分解温度低于该支承层形成用第一粒子的烧结温度的材料，且在将所述支承层形成用第一粒子与材料的合计的体积设为100％时，以20％以上且60％以下的体积含有材料。并且，在使用这样的膏剂而完成了三维造型物的形状之后使其烧结时，通过将烧结温度设为低于支承层形成用第一粒子的烧结温度且高于材料的分解温度，从而能够使材料挥发并使支承层形成用第一粒子移动至该区域。即，能够随着三维造型物的烧结而使支承层的体积缩小。因此，由于支承层以对应于随着构成层的烧结的体积变化(收缩)而发生形状变化，且支承层不会妨碍到随着构成层的烧结的收缩，因此能够抑制三维造型物的烧结体发生变形的情况，从而能够制造出高精度的三维造型物。
本发明的第二方式的膏剂的特征在于，在所述第一方式中，材料为树脂。
根据本方式，由于材料为树脂，因此能够使材料有效地挥发。即，能够随着三维造型物的烧结而有效地使支承层的体积缩小。
本发明的第三方式的膏剂的特征在于，在所述第一或第二方式中，所述材料为粒子，所述粒子的平均粒径大于等于所述支承层形成用第一粒子的平均粒径。
根据本方式，由于材料的平均粒径大于等于支承层形成用第一粒子的平均粒径，因此能够使支承层形成用第一粒子有效地移动至通过对三维造型物进行烧结而使材料挥发从而产生的区域中。即，能够随着三维造型物的烧结而使支承层的体积有效地缩小。
本发明的第四方式的三维造型物的制造方法，其具有：构成层形成工序，其形成与三维造型物的构成区域相对应的构成层；支承层形成工序，其形成与所述构成层相接且对该构成层进行支承的支承层；烧结工序，其对所述构成层进行烧结，所述三维造型物的制造方法的特征在于，在所述支承层形成工序中，使用如下的膏剂来形成所述支承层，所述膏剂含有溶媒和可溶于该溶媒的粘合剂、支承层形成用第一粒子、分解温度低于该支承层形成用第一粒子的烧结温度的树脂粒子，且在将所述支承层形成用第一粒子与所述树脂粒子的合计的体积设为100％时，以20％以上且60％以下的体积含有所述树脂粒子，所述烧结工序中的烧结温度低于所述支承层形成用第一粒子的烧结温度且高于所述树脂粒子的分解温度。
根据本方式，在支承层形成工序中在形成支承层时，使用如下的膏剂，所述膏剂含有溶媒和可溶于该溶媒的粘合剂、支承层形成用第一粒子、分解温度低于该支承层形成用第一粒子的烧结温度的树脂粒子，且在将支承层形成用第一粒子与树脂粒子的合计的体积设为100％时含有20％以上且60％以下树脂粒子。并且，使用这样的膏剂，并通过在烧结工序将烧结温度设为低于支承层形成用第一粒子的烧结温度且高于树脂粒子的分解温度，从而能够使树脂粒子挥发并使支承层形成用第一粒子移动至该区域。即，能够随着三维造型物的烧结而使支承层的体积缩小。因此，由于支承层以对应于随着构成层的烧结的体积变化(收缩)而发生形状变化，且支承层不会妨碍到随着构成层的烧结的收缩，因此能够抑制三维造型物的烧结体发生变形的情况，从而能够制造出高精度的三维造型物。
本发明的第五方式的三维造型物的制造方法的特征在于，在所述第四方式中，所述树脂粒子的平均粒径大于等于所述支承层形成用第一粒子的平均粒径。
根据本方式，由于树脂粒子的平均粒径大于等于支承层形成用第一粒子的平均粒径，因此能够使支承层形成用第一粒子有效地移动至通过对三维造型物进行烧结而使树脂粒子挥发从而产生的区域中。即，能够随着三维造型物的烧结而使支承层的体积有效地缩小。
本发明的第六方式的三维造型物的制造方法的特征在于，在所述第四或第五方式中，在所述支承层形成工序中，使用所述树脂粒子相对于所述支承层形成用第一粒子的含有比例以及所述树脂粒子的平均粒径中的至少一方不同的多种类型的膏剂。
根据本方式，在支承层形成工序中，使用树脂粒子相对于支承层形成用第一粒子的含有比例以及树脂粒子的平均粒径中的至少一方不同多种类型的膏剂。因此，即使在构成层中在随着该构成层的烧结的体积变化中具有偏差的情况下，也能够使用对应于该偏差而成为适当的收缩率的膏剂。
本发明的第七方式的膏剂的特征在于，含有溶媒和可溶于该溶媒的粘合剂、第一粒子、分解温度低于第一粒子的烧结温度的材料，在将所述第一粒子与所述材料的合计的体积设为100％时，以20％以上且60％以下的体积含有所述材料。
根据本方式，在例如用于三维造型物的制造的情况下，能够制造出高精度的三维造型物。
附图说明
图1为表示本发明的一个实施方式所涉及的三维造型物的制造装置的结构的概要结构图。
图2为图1所示的c部的扩大图。
图3为表示本发明一个实施方式所涉及的三维造型物的制造装置的结构的概要结构图。
图4为图3所示的c′部的扩大图。
图5为本发明的一个实施方式所涉及的头基座的概要透视图。
图6为概念性地对本发明的一个实施方式所涉及的头单元的配置与三维造型物的形成方式之间的关系进行说明的俯视图。
图7为概念性地对本发明的一个实施方式所涉及的头单元的配置与三维造型物的形成方式之间的关系进行说明的俯视图。
图8为概念性地对本发明的一个实施方式所涉及的头单元的配置与三维造型物的形成方式之间的关系进行说明的俯视图。
图9为概念性地对三维造型物的形成方式进行说明的概要图。
图10为概念性地对三维造型物的形成方式进行说明的概要图。
图11为表示被配置在头基座上的头单元的其他的配置的示例的模式图。
图12为表示被配置在头基座上的头单元的其他的配置的示例的模式图。
图13为表示本发明的一个实施例所涉及的三维造型物的制造过程的概要图。
图14为表示本发明的一个实施例所涉及的三维造型物的制造过程的概要图。
图15为表示本发明的一个实施例所涉及的三维造型物的制造过程的概要图。
图16为表示本发明的一个实施例所涉及的三维造型物的制造过程的概要图。
图17为表示本发明的一个实施例所涉及的三维造型物的制造过程的概要图。
图18为表示本发明的一个实施例所涉及的三维造型物的制造过程的概要图。
图19为本发明的一个实施例所涉及的三维造型物的制造方法的流程图。
图20为表示可以通过本发明的一个实施例所涉及的三维造型物的制造方法而制造的三维造型物的具体示例的概要图。
图21为表示可以通过本发明的一个实施例所涉及的三维造型物的制造方法而制造的三维造型物的具体示例的概要图。
图22为表示可以通过本发明的一个实施例所涉及的三维造型物的制造方法而制造的三维造型物的具体示例的概要图。
图23为表示可以通过本发明的一个实施例所涉及的三维造型物的制造方法而制造的三维造型物的具体示例的概要图。
图24为表示可以通过本发明的一个实施例所涉及的三维造型物的制造方法而制造的三维造型物的具体示例的概要图。
具体实施方式
以下，参照附图来对本发明所涉及的实施方式进行说明。
图1至图4为表示本发明的一个实施方式所涉及的三维造型物的制造装置的结构的概要结构图。
在此，本实施方式的三维造型物的制造装置具备两种类型的材料供给部(头基座)和一种类型的固化部。其中，图1以及图2为，仅表示了一个材料供给部(对构成材料进行供给的材料供给部)的图。此外，图3以及图4为，表示了一个材料供给部(在形成三维造型物时，供给形成对该三维造型物进行支承的支承部的支承部形成用材料的材料供给部)、一个固化部(使用了用于使支承层形成用材料硬化的电磁波的硬化部)的图。
另外，本说明书中的“三维造型”是表示，形成所谓的立体造型物的意思，例如，即使为平板状、所谓的二维形状的形状，形成具有厚度的形状的情况也被包含于其中。此外，“支承”的含义为，除了从下侧进行支承的情况以外，还包括从横向进行支承的情况、或根据情况而从上侧进行支承的情况。
此外，本实施例的构成材料为，含有构成三维造型物的粉末粒子、溶媒、粘合剂的三维造型用膏剂。并且，本实施例的支承部形成用材料为，含有溶媒、可溶于该溶媒的粘合剂、支承层形成用第一粒子、分解温度低于该支承层形成用第一粒子的烧结温度的树脂粒子的三维造型用膏剂。
图1以及图3所示的三维造型物的制造装置2000(以下，称之为形成装置2000)具备基台110以及载物台120，所述载物台120被配置为，能够通过基台110中所具备的作为驱动机构的驱动装置111而进行图示的x、y、z方向上的移动、或者在以z轴为中心的旋转方向上进行驱动。
并且，如图1以及图2所示的那样，具备头基座支承部130，所述头基座支承部130的一个端部被固定在基台110上，在另一个端部上保持固定有对具备喷出构成材料的构成材料喷出部1230的多个头单元1400进行保持的头基座1100。
此外，如图3以及图4所示的那样，具备头基座支承部730，所述头基座支承部730的一个端部被固定在基台110上，在另一个端部上保持固定有对具备喷出支承三维造型物的支承层形成用材料的支承层形成用材料喷出部1730的多个头单元1900进行保持的头基座1600。
在此，头基座1100与头基座1600在xy平面上被并列设置。
另外，构成材料喷出部1230与支承层形成用材料喷出部1730为相同的结构。但是，并不限定于这样的结构。
在载物台120上，形成有在三维造型物500被形成的过程中的层501、502及503。由于在三维造型物500的形成中会实施激光等的热能的照射，因此，为了进行载物台120的热的保护，从而可以使用具有耐热性的试料板121，并在试料板121上形成三维造型物500。本实施方式的试料板121为，坚固且容易制造的金属制的试料板。但是，作为试料板121，通过使用例如陶瓷板，从而能够获得较高的耐热性，而且与被溶融(或者也可以为被烧结)的三维造型物的构成材料的反应性也较低，由此能够防止三维造型物500的变质。另外，虽然在图1以及图3中，为了便于说明，而例示了层501、502以及503这三层，但是可以层叠至所希望的三维造型物500的形状为止(至图1以及图3中的层50n为止)。
在此，层501、502、503、…50n分别由支承层300和构成层310构成，其中，所述支承层300由从支承层形成用材料喷出部1730喷出的支承层形成用材料形成，所述构成层310由从构成材料喷出部1230喷出的构成材料形成。
此外，图2为表示图1所示的头基座1100的c部放大概念图。如图2所示的那样，头基座1100保持有多个头单元1400。虽然详细内容将在后文叙述，但一个头单元1400通过如下方式而被构成，即，在构成材料供给装置1200中所具备的构成材料喷出部1230被保持夹具1400a所保持。构成材料喷出部1230具备喷出喷嘴1230a和喷出驱动部1230b，所述喷出驱动部1230b通过材料供给控制器1500而使构成材料从喷出喷嘴1230a中喷出。
图4为表示图3所示的头基座1600的c′部放大概念图。如图4所示的那样，头基座1600保持有多个头单元1900。头单元1900通过如下方式而被构成，即，在支承层形成用材料供给装置1700中所具备的支承层形成用材料喷出部1730被保持夹具1900a所保持。支承层形成用材料喷出部1730具备喷出喷嘴1730a和喷出驱动部1730b，所述喷出驱动部1730b通过材料供给控制器1500而使支承层形成用材料从喷出喷嘴1730a中喷出。此外，在头基座1600上，具备用于在作为支承层形成用材料而使用了可通过电磁波(紫外线等)硬化的材料的情况下使该支承层形成用材料硬化的电磁波照射部1800。此外，在头基座1600上，也可以具备在作为支承层形成用材料中所包含的粘合剂而使用了可溶解于溶剂中的材料的情况下，用于除去溶剂并使该支承层形成用材料硬化(粘合剂的粘合)的电磁波(红外线)照射部1800。
如图1以及图2所示的那样，构成材料喷出部1230通过供给管1220而与收纳了分别与被头基座1100所保持的头单元1400相对应的构成材料的构成材料供给单元1210连接。并且，预定的构成材料从构成材料供给单元1210被供给至构成材料喷出部1230。在构成材料供给单元1210中，通过本实施方式所涉及的形成装置2000而被造型的三维造型物500的构成材料被收1纳在构成材料收纳部1210a中，各个构成材料收纳部1210a通过供给管1220而与各个构成材料喷出部1230连接。以此方式，通过具备各个构成材料收纳部1210a，从而能够从头基座1100供给多种不同种类的材料。
如图3以及图4所示的那样，支承层形成用材料喷出部1730通过供给管1720而与收纳了分别与被头基座1600所保持的头单元1900相对应的支承层形成用材料的支承层形成用材料供给单元1710连接。并且，预定的支承层形成用材料从支承层形成用材料供给单元1710供给至支承层形成用材料喷出部1730。在支承层形成用材料供给单元1710中，在构成对三维造型物500进行造型时的支承层的支承层形成用材料被收纳于支承层形成用材料收纳部1710a中，各个支承层形成用材料收纳部1710a通过供给管1720而与各个支承层形成用材料喷出部1730连接。以此方式，通过具备各个支承层形成用材料收纳部1710a，从而能够从头基座1600供给多种不同种类的支承层形成用材料。
另外，关于作为在本实施例的形成装置2000中使用的构成材料以及支承层形成用材料的各个三维造型用膏剂的详细内容将在后文进行叙述。
在形成装置2000中具备作为控制机构的控制单元400，所述控制单元400基于从未图示的、例如个人计算机等的数据输出装置所输出的三维造型物的造型用数据而对上述的载物台120、构成材料供给装置1200中所具备的构成材料喷出部1230以及支承层形成用材料供给装置1700中所具备的支承层形成用材料喷出部1730进行控制。并且，在控制单元400中，虽然未图示，但是具备控制部，所述控制部以使载物台120与构成材料喷出部1230联合驱动以及动作的方式进行控制，且以使载物台120以及支承层形成用材料喷出部1730联合驱动以及动作的方式进行控制。
对于以能够移动的方式被设置在基台110上的载物台120而言，基于来自控制单元400的控制信号，而在载物台控制器410中生成对载物台120的移动开始与停止、移动方向、移动量、移动速度等进行控制的信号，并将其输送至基台110中所具备的驱动装置111，从而使载物台120在图示的x、y、z方向上移动。在头单元1400上所具备的构成材料喷出部1230中，基于来自控制单元400的控制信号，而在材料供给控制器1500中生成对构成材料喷出部1230中所具备的喷出驱动部1230b中的从喷出喷嘴1230a喷出的材料喷出量等进行控制的信号，并根据所生成的信号而从喷出喷嘴1230a喷出预定量的构成材料。
同样地，在头单元1900上所具备的支承层形成用材料喷出部1730中，基于来自控制单元400的控制信号，而在材料供给控制器1500中生成对支承层形成用材料喷出部1730中所具备的喷出驱动部1730b中的从喷出喷嘴1730a喷出的材料喷出量等进行控制的信号，并根据所生成的信号而从喷出喷嘴1730a喷出预定量的支承层形成用材料。
接下来，进一步对头单元1400进行详细说明。另外，头单元1900为与头单元1400相同的结构。因此，省略对头单元1900的详细结构的说明。
图5以及图6至图8表示被保持在头基座1100上的多个头单元1400以及构成材料喷出部1230的保持方式的一个示例，其中，图6至图8为，从图2所示的箭头d方向观察时的头基座1100的外观图。
如图5所示的那样，在头基座1100上通过未图示的固定机构而保持有多个头单元1400。此外，如图6至图8所示的那样，在本实施方式所涉及的形成装置2000的头基座1100中，具备自图下方观察第一列头单元1401、第二列头单元1402、第三列头单元1403、以及第四列头单元1404这四个单元呈交错状(交替)地配置的头单元1400。并且，如图6所示的那样，在使载物台120相对于头基座1100而在x方向上进行移动的同时，使构成材料从各个头单元1400喷出而形成构成层构成部50(构成层构成部50a、50b、50c以及50d)。关于构成层构成部50的形成顺序将在后文进行叙述。
另外，虽然未图示，但是在各个头单元1401至1404中所具备的构成材料喷出部1230成为经由喷出驱动部1230b并通过供给管1220而与构成材料供给单元1210相连的结构。
如图5所示的那样，构成材料喷出部1230从喷出喷嘴1230a朝向被载置于载物台120上的试料板121上喷出作为三维造型物的构成材料的材料m。在头单元1401中，例示了材料m以液滴状被喷出的喷出方式，且在头单元1402中，例示了材料m以连续体状被供给的喷出方式。虽然材料m的喷出方式既可以是液滴状也可以是连续体状，但是在本实施方式中，根据材料m以液滴状被喷出的方式来进行说明。
从喷出喷嘴1230a呈液滴状喷出的材料m在大致重力方向上飞翔，并被喷落于试料板121上。载物台120进行移动，从而通过喷落的材料m而形成了构成层构成部50。该构成层构成部50的集合体作为形成在试料板121上的三维造型物500的构成层310(参照图1)而被形成。
接下来，针对构成层构成部50的形成顺序，使用图6至图8以及图9及图10来进行说明。
图6至图8为，概念性地对本实施方式的头单元1400的配置与构成层构成部50的形成方式之间的关系进行说明的俯视图。并且，图9以及图10为，概念性地表示构成层构成部50的形成方式的侧视图。
首先，当载物台120向+x方向移动时，从多个喷出喷嘴1230a以液滴状喷出材料m，从而在试料板121的预定的位置处配置有材料m，进而形成了构成层构成部50。
更具体而言，首先，如图9所示的那样，在使载物台120向+x方向移动的同时，以固定的间隔从多个喷出喷嘴1230a向试料板121的预定的位置处配置材料m。
接着，如图10所示的那样，在使载物台120向-x方向移动的同时，以对按固定的间隔被配置的材料m之间进行填充的方式配置新的材料m。
但是，也可以采用在使载物台120向+x方向移动的同时，以将材料m从多个喷出喷嘴1230a配置成与试料板121的预定的位置重叠的方式(不隔开间隔的方式)的结构(不是通过载物台120的x方向上的往复移动来形成构成层构成部50的结构，而是仅通过载物台120的x方向上的单向移动来形成构成层构成部50的结构)。
通过以上述方式形成构成层构成部50，从而形成了如图6所示那样的、各个头单元1401、1402、1403以及1404的x方向上的一行量(y方向上的第一行)的构成层构成部50(构成层构成部50a、50b、50c以及50d)。
接着，为了形成各个头单元1401、1402、1403以及1404的y方向上的第二行的构成层构成部50′(构成层构成部50a′、50b′、50c′以及50d′)，而使头基座1100向-y方向移动。如果将喷嘴间的间距设为p，则移动量使其向-y方向仅移动p/n(n为自然数)间距的量。在本实施例中，将n设为3来进行说明。
如图9以及图10所示的那样，通过进行与上述动作同样的动作，从而如图7所示的那样，形成了y方向上的第二行的构成层构成部50′(构成层构成部50a′、50b′、50c′以及50d′)。
接着，为了形成各个头单元1401、1402、1403以及1404的y方向上的第三行的构成层构成部50"(构成层构成部50a"、50b"、50c"以及50d")，而使头基座1100向-y方向移动。移动量使其向-y方向仅移动p/3间距的量。
然后，如图9以及图10所示的那样，通过进行与上述动作同样的动作，从而如图8所示的那样，形成了y方向上的第三行的构成层构成部50"(构成层构成部50a"、50b"、50c"以及50d")，从而能够得到构成层310。
此外，对于从构成材料喷出部1230喷出的材料m而言，也能够从头单元1401、1402、1403、1404中的任意一个单元或两个以上的单元中喷出供给与其它的头单元不同的构成材料。因此，通过使用本实施方式所涉及的形成装置2000，而能够获得由不同种类的材料形成的三维造型物。
另外，在第一层的层501中，在以上述的方式形成构成层310之前或之后，从支承层形成用材料喷出部1730喷出支承层形成用材料，通过同样的方法，从而能够形成支承层300。并且，即使在以层叠于层501上的方式形成层502、503、…50n时，同样地，也能够形成构成层310以及支承层300。另外，根据支承层形成用材料的种类，支承层300能够使用电磁波照射部1800来进行硬化等。
上述的本实施方式所涉及的形成装置2000所具备的头单元1400以及1900的数量以及排列并不限定于上述的数量以及排列。在图11以及图12中，作为该示例，而以模式图的方式示出了被配置于头基座1100上的头单元1400的其他的配置的示例。
图11为，表示在头基座1100上使多个头单元1400在x轴方向上并排的方式。图12为，表示在头基座1100上使头单元1400呈格子状地排列的方式。另外，被排列的头单元的数量均不限定于图示的示例。
接下来，对作为本实施例的构成材料以及支承层形成用材料的各个三维造型用膏剂进行详细说明。
作为构成材料以及支承层形成用材料，例如能够将镁(mg)、铁(fe)、钴(co)或铬(cr)、铝(al)、钛(ti)、铜(cu)、镍(ni)的单体粉末、或者包括一种以上这些金属的合金(马氏体时效钢、不锈钢、钴铬钼、钛合金、镍合金、铝合金、钴合金或钴铬合金)等的混合粉末形成包括溶剂和粘合剂的膏剂状的混合材料来使用。
此外，能够使用聚酰胺、聚缩醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二酯等的通过工程塑料。此外，也能够使用聚砜、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、聚醚醚酮等的工程塑料(树脂)。
以此方式，对于构成材料以及支承层形成用材料而言，没有特别地限定，则也能够使用上述金属以外的金属、陶瓷或树脂等。此外，可以优选地使用二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化锆等。
进一步，也能够使用纤维素等的纤维。
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、丙二醇单乙醚等的(聚)亚烷基二醇单烷基醚类；乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯等的乙酸酯类；苯、甲苯、二甲苯等的芳香烃类；丁酮、丙酮、甲基异丁酮、乙基正丁基酮、二异丙基酮、乙酰丙酮等的酮类；乙醇、丙醇、丁醇等的醇类；四烷基乙酸铵类；二甲基亚砜、二乙基亚砜等的亚砜类溶剂；吡啶、γ-甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶等的吡啶类溶剂；四烷基乙酸铵(例如，四丁基乙酸铵等)等的离子液体等，并能够从这些物质中选择的一种或两种以上进行组合使用。
作为粘合剂，例如为，丙烯酸树脂、环氧树脂、硅树脂、纤维素系树脂或其他的合成树脂、或者pla(聚乳酸)、pa(聚酰胺)、pps(聚苯硫醚)或其他的热可塑性树脂。此外，可以将通过紫外线的照射而聚合的紫外线硬化树脂用作粘合剂。
在此，若对作为本实施例的支承层形成用材料的三维造型用膏剂进行总结，则作为本实施例的支承层形成用材料的三维造型用膏剂为，在形成与三维造型物的构成区域相对应的构成层310和与该构成层310连接并对该构成层310进行支承的支承层300从而制造三维造型物时所使用的、该支承层300的形成用的三维造型用膏剂。
并且，含有溶媒、可溶于该溶媒的粘合剂、支承层形成用第一粒子、分解温度低于该支承层形成用第一粒子的烧结温度的树脂粒子(材料)。另外，作为树脂粒子，能够优选地使用上文所列举的聚酰胺(例如尼龙12或尼龙66等)、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺等的粒子，作为支承层形成用第一粒子，能够优选地使用上文所列举的金属或陶瓷等的粒子。
此外，作为本实施例的支承层形成用材料的三维造型用膏剂，将支承层形成用第一粒子与树脂粒子的合计的体积设为100％时含有20％以上60％以下的树脂粒子。
通过在形成支承层300时使用本实施例的三维造型用膏剂，从而在三维造型物的形状完成之后将其烧结时，由于将烧结温度设为低于支承层形成用第一粒子的烧结温度且高于树脂粒子的分解温度，因而能够使树脂粒子挥发(升华)并使支承层形成用第一粒子向该区域移动。即，能够随着三维造型物的烧结而使支承层300的体积缩小。因此，由于支承层300以与随着构成层310的烧结的体积变化(收缩)相对应的方式而发生形状变化(收缩)，且支承层300不会妨碍到伴随着构成层310的烧结的收缩，因此能够抑制三维造型物的烧结体发生变形的情况，从而能够制造出高精度的三维造型物。
另外，当树脂粒子小于20％时，则会发生随着三维造型物的烧结的支承层300的收缩不充分的情况，当树脂粒子超过了60％时，则会发生随着三维造型物的烧结的支承层300的形状维持不充分(在构成层310被烧结之前，支承层300崩溃)的情况。
此外，作为支承层形成用材料的三维造型用膏剂特别优选为，将支承层形成用第一粒子与树脂粒子的合计的体积设为100％时含有25％以上且55％以下的体积的树脂粒子。
在此，确认三维造型用膏剂是否在将支承层形成用第一粒子与树脂粒子的合计的体积设为100％时含有25％以上且55％以下的体积的树脂粒子，例如，能够以下文的方式来进行。
首先，进行离心分离，将支承层形成用第一粒子与树脂粒子分离，并对各自的重量进行测定。在此，根据其各自的比重来求出体积。
然后，将容器装满液体，并通过对在使支承层形成用第一粒子沉没时溢出的液体的体积进行测定，从而求出支承层形成用第一粒子的体积。
另外，对于树脂粒子也以同样的方式来求出体积。
根据以此方式所获得的各个体积来确认是否含有25％以上且55％以下的体积的树脂粒子。
如下文的表1所示的那样，通过使三维造型用膏剂在将支承层形成用第一粒子与树脂粒子的合计的体积设为100％时含有25％以上且55％以下的体积的树脂粒子，从而获得了支承层的形状维持、支承层的收缩优秀的结果，并获得了综合评价特别优秀的结果。
表1
◎：优秀、○：较好、×：不好
在此，优选为，树脂粒子的平均粒径大于等于支承层形成用第一粒子的平均粒径。这是因为，如果树脂粒子的平均粒径大于等于支承层形成用第一粒子的平均粒径，则能够使支承层形成用第一粒子有效地移动至通过对三维造型物进行烧结而使树脂粒子挥发而生成的区域中，并且能够伴随着三维造型物的烧结而有效地缩小支承层300的体积。
树脂粒子的平均粒径能够优选地使用，例如，1μm以上且50μm以下的粒子。如果小于1μm，则会使支承层形成用第一粒子难以高效地移动的情况增多，如果超过50μm，则会使从喷出喷嘴1730a的喷出困难的情况增多。
此外，优选为，树脂粒子的被包含于溶媒中的情况下的溶胀率为5％以下。
在此，粒子的形状并未被特别地限定，可以为球状、纺锤形状、针状、筒状、鳞片状等的各种形状，而且，也可以为不定形，但是优选为球状。
另外，在本发明中，平均粒径是指，体积基准的平均粒径，且例如能够通过如下方式求出，即，将样品加入到甲醇中，并在库尔特计数器法粒度分布测定器(coulterelectronics公司制的ta-ii型)中使用50μm的孔径而对被超声波分散器分散了三分钟而得到的分散液进行测定从而求出。
接下来，对使用上述的本实施方式所涉及的形成装置2000而实施的三维造型物的制造方法的一个实施例进行说明。
图13至图18为表示使用形成装置2000来实施的三维造型物的制造过程的一个示例的概要图。其中，图13至图16以从侧面观察的方式表示三维造型物的制造过程，图17以及图18以俯视观察的方式表示三维造型物的制造过程。此外，图17以及图18对应于图15以及图16。
首先，图13表示使用支承层形成用材料喷出部1730而在试料板121上形成了第一层的层501中的支承层300的状态。另外，在本实施例中，作为支承层形成用材料而使用如下的材料，该材料含有48.5％的重量(相对于全体粒子而占50.0％的体积)的作为支承层形成用第一粒子的平均粒径3μm的氧化铝(陶瓷)粒子、12.7％的重量(相对于全体粒子而占50.0％的体积)的作为树脂粒子的平均粒径5μm的尼龙12(聚酰胺12)粒子、7.8％的重量的作为粘合剂的甲基丙烯酸系树脂，31.0％的重量的作为溶媒的卡必醇醋酸酯类溶媒。另外，还可以进一步含有紫外线硬化树脂等。
在此，图13表示从支承层形成用材料喷出部1730喷出支承层形成用材料的状态。
接着，图14表示使用构成材料喷出部1230而在试料板121上形成了第一层的层501中的构成层310的状态。另外，在本实施例中，作为构成材料，而使用如下的材料，该材料含有85.0％的重量的作为金属粒子的平均粒径3μm的sus316粒子、3.0％的重量的作为粘合剂的甲基丙烯酸类树脂、12.0％的重量的作为溶媒的卡必醇醋酸酯类溶媒。
然后，通过重复进行图13所示的支承层300的形成以及图14所示的构成层310的形成，从而如图15以及图17所示的那样，形成三维造型物的层叠体。
在此，如图15以及图17所示的那样，本实施例的三维造型物的层叠体呈无底的圆筒形状，且被构成层310包围的部分构成空间s(正确而言，至少从两个方向被构成层310包围的空间s)。
然后，最后，在与本实施方式所涉及的形成装置2000分体设置的恒温槽(加热槽)中对如图15以及图17所示的那样形成的三维造型物的层叠体进行加热(使构成层310被烧结而成为烧结部310′)。在此，图16以及图18表示将三维造型物的层叠体烧结的状态。
在图16以及图18中，由于在烧结部310′中金属粒子被烧结，且在加热后的支承层300′中作为陶瓷粒子的支承层形成用第一粒子进入到粘合剂以及支承层形成用树脂粒子等被加热分解并被挥发去除后的区域(挥发区域)中，因此密度减小了。并且，由于在加热后的支承层300′中剩余的粒子为作为陶瓷粒子的支承层形成用第一粒子，因此成为粒状(粉末状)。
在此，对图15和图16、图17和图18进行比较可明确如下事项，即，当将构成层310烧结时，体积下降。
如果对体积的下降(体积的收缩)进行说明，则若将烧结后的一个方向上的长度设为l、将烧结前的一个方向上的长度设为l0、将构成层310的粒子的填充率设为a、将烧结密度设为b，则可由以下的式1来表示。
l3＝l03×(a/b)…(式1)
即，烧结后的一个方向上的长度l如l0×(a/b)1/3所示的那样发生收缩。
以此方式，由于三维造型物的层叠体通过烧结而收缩，因此在烧结后，在空间s中的支承层300的体积的收缩率低于三维造型物的层叠体的收缩率的情况下，三维造型物的层叠体(构成层310)发生扭曲。因此，在本实施例中，以使烧结后空间s中的支承层300的体积的收缩率高于三维造型物的层叠体的收缩率的方式来确定支承层形成材料的成分及其搭配。
接下来，使用流程图来对使用上述形成装置2000而实施的三维造型物的制造方法的一个示例进行说明。
在此，图19为本实施例所涉及的三维造型物的制造方法的流程图。
如图19所示的那样，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，根据例如在个人计算机中所执行的应用程序等，而取得表示三维造型物的形状的数据。
接着，在步骤s120中，制作出每一层的数据。详细而言，在表示三维造型物的形状的数据中，根据z方向的造型分辨率而进行切片，并且针对每一个剖面而生成位图数据(剖面数据)。
此时，所生成的位图数据成为在三维造型物的形成区域(构成层310)与三维造型物的非形成区域(支承层300)中被区别开来的数据。
接着，在步骤s130中，对欲形成的层的数据是形成三维造型物的非形成区域(支承层300)的数据，还是形成三维造型物的形成区域(构成层310)的数据进行判断。另外，该判断通过控制单元400中所具备的控制部来进行。
在本步骤中，在判断为是形成支承层300的数据的情况下，进入至步骤s140，在判断为是形成构成层310的数据的情况下，进入至步骤s150。
在步骤s140中，通过基于形成支承层300的数据而从支承层形成用材料喷出部1730喷出支承层形成用材料，从而对支承层形成用材料进行供给。
并且，当在步骤s140中喷出支承层形成用材料时，在支承层形成用材料中含有紫外线硬化树脂等的、通过电磁波照射而硬化的树脂的情况下，在步骤s160中，能够从电磁波照射部1800照射(赋予能量)电磁波(紫外线)，从而使该被喷出的液滴(支承层300)凝固。
另外，在支承层形成用材料中不含有通过电磁波照射而硬化的树脂的情况下，能够跳过步骤s160。这是因为，在作为支承层形成用材料的三维造型用膏剂的粘度较高等情况下，即使支承层300不凝固，也能够在烧结前牢固地对构成层310进行支承。
另一方面，在步骤s150中，通过从构成材料喷出部1230喷出构成材料，从而对构成材料进行供给。
然后，通过步骤s170，重复进行步骤s130到步骤s170，直到基于在步骤s120中生成的对应于各层的位图数据的三维造型物的层叠体的造型结束为止。
然后，通过步骤s180，在未图示的恒温槽中，对通过上述步骤而形成的三维造型物的层叠体进行加热。详细而言，对三维造型物的形成区域(构成层310)进行烧结，将周围的支承层300的树脂粒子等分解除去(使挥发)，并以陶瓷粒子等的支承层形成用第一粒子来进行粒子化。如果进行其他表述，则为将本步骤中的烧结温度设为低于支承层形成用第一粒子的烧结温度且高于树脂粒子的分解温度。在此，加热后的支承层300′的体积收缩率高于加热后的构成层310(烧结部310′)的体积收缩率(与空间s对应的加热后的支承层300′的体积变得小于烧结部310′的体积)。
然后，随着步骤s180的结束而结束本实施例的三维造型物的制造方法。
如上文所述，本实施例的三维造型物的制造方法具有：形成与三维造型物的构成区域相对应的构成层310的构成层形成工序(步骤s150)、形成与构成层310相接且对该构成层310进行支承的支承层300的支承层形成工序(步骤s140)、对所述构成层进行烧结的烧结工序(步骤s180)。
并且，在支承层形成工序中，使用含有溶媒和可溶于该溶媒的粘合剂、支承层形成用第一粒子、分解温度低于该支承层形成用第一粒子的烧结温度的树脂粒子，且以支承层形成用第一粒子与树脂粒子的合计的体积为基准而含有20体积％以上且60体积％以下的树脂粒子的三维造型用膏剂来形成支承层300。
并且，烧结工序中的烧结温度低于支承层形成用第一粒子的烧结温度且高于树脂粒子的分解温度。
以此方式，在本实施例的三维造型物的制造方法中，当在支承层形成工序中形成支承层300时，使用含有溶媒和可溶于该溶媒的粘合剂、支承层形成用第一粒子、分解温度低于该支承层形成用第一粒子的烧结温度的树脂粒子，且以支承层形成用第一粒子与树脂粒子的合计的体积为基准而含有20体积％以上且60体积％以下的树脂粒子的三维造型用膏剂。并且，通过使用这样的三维造型用膏剂，并在烧结工序中使烧结温度低于支承层形成用第一粒子的烧结温度且高于树脂粒子的分解温度，从而能够使树脂粒子挥发并使支承层形成用第一粒子移动至该区域。即，能够随着三维造型物的烧结而使支承层300的体积缩小。因此，在本实施例的三维造型物的制造方法中，由于支承层300以对应于随着构成层的烧结的体积变化(收缩)的方式发生形状变化，且支承层不会妨碍到随着构成层310的烧结的收缩，因此能够抑制三维造型物的烧结体发生变形的情况，进而能够制造出高精度的三维造型物。
另外，由于将烧结工序中的烧结温度设为低于支承层形成用第一粒子的烧结温度且高于树脂粒子(一般而言，树脂的烧结温度为几十摄氏度至几百摄氏度)的分解温度，例如，能够将构成材料中的构成三维造型物的粉末粒子设为铁合金(烧结温度：1300℃至1350℃)等的金属粒子，并将支承层形成用第一粒子作为氧化铝(烧结温度：约1600℃)等的陶瓷粒子，并将烧结工序中的烧结温度设为几百摄氏度至约1000℃等。但是，并不限定于这样的示例。
此外，在本实施例的形成装置2000中，如上述那样，支承层形成用材料喷出部1730通过供给管1720而与收纳了分别与被保持在头基座1600上的头单元1900相对应的支承层形成用材料的支承层形成用材料供给单元1710连接。即，在本实施例的形成装置2000中，作为支承层形成用材料，而能够使用不同的多种类型的三维造型用膏剂。因此，在本实施例的三维造型物的制造方法中，在支承层形成工序中，能够使用树脂粒子相对于支承层形成用第一粒子的含有比例以及树脂粒子的平均粒径中的至少一方不同的多种类型的三维造型用膏剂。因此，即使在构成层310中在随着该构成层310的烧结的体积变化中具有偏差的情况下，也能够使用对应于该偏差而成为适当的收缩率的膏剂(支承层形成用材料)。
详细而言，通过改变树脂粒子相对于支承层形成用第一粒子的含有比例以及树脂粒子的平均粒径中的至少一方，从而能够改变因树脂粒子随着三维造型物的烧结而挥发从而形成的支承层300中的空孔的大小或体积等。并且，通过改变空孔的大小或体积等，从而能够以使随着三维造型物的烧结的支承层300的收缩率与构成层310的收缩率相对应的方式进行优化。
对以上述方式构成的三维造型物的具体的形状的示例进行说明。
图20至图24为表示该具体例的概要分解侧视图，其中，图20表示在x方向上延伸的两张平板在一边上相合并形成斜面的形状。此外，图21表示无底的两个圆筒彼此重叠的形状。此外，图22表示在有底的圆筒形状中具有内径不同的部分的形状。此外，图23表示相对于图22的形状而构成有与配管对应的通道p的形状。并且，图24表示圆顶状的形状。
然而，不言而喻，本发明并不限定于这样的形状。
本发明并不限定于上述的实施例，在不脱离其主旨的范围内能够通过各种结构来实现。例如，为了解决上述课题的一部分或全部，或者，为了实现上述效果的一部分或全部，也可以对发明内容一栏中所记载的各方式中的技术的特征所对应的实施例中的技术特征适当地进行替换或组合。此外，除非该技术特征在本说明书中被作为必须的特征而进行了说明，否则可以适当地进行削除。
符号说明
50、50a、50b、50c、50d…构成层构成部；110…基台；111…驱动装置；120…载物台；121…试料板；130…头基座支承部；300、300′…支承层；310…构成层；310′…烧结部；400…控制单元；410…载物台控制器；500…三维造型物；501、502及503…层；730…头基座支承部；1100…头基座；1200…构成材料供给装置；1210…构成材料供给单元；1210a…构成材料收纳部；1220…供给管；1230…构成材料喷出部；1230a…喷出喷嘴；1230b…喷出驱动部；1400…头单元；1400a…保持夹具；1401、1402、1403以及1404…头单元；1500…材料供给控制器；1600…头基座；1700…支承层形成用材料供给装置；1710…支承层形成用材料供给单元；1710a…支承层形成用材料收纳部；1720…供给管；1730…支承层形成用材料喷出部；1730a…喷出喷嘴；1730b…喷出驱动部；1800…电磁波照射部；1900…头单元；1900a…保持夹具；2000…形成装置(三维造型物的制造装置)；m…材料(构成材料)；p…通道；s…被构成层310包围的空间。