三維造型物的制造方法及三維造型物的制造裝置與流程

本發明涉及三維造型物的制造方法以及三維造型物的制造裝置。

背景技術：

一直以來，已經實施了制造三維造型物的各種各樣的方法。其中，已披露了一種使用流動性組合物來形成三維造型物的方法。

例如，在專利文獻1中公開了一種下述的制造方法：其使用作為流動性組合物的金屬漿料形成層，邊向三維造型物的對應區域照射激光而使其燒結或熔融的同時，邊制造三維造型物。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2008-184622號公報

技術實現要素：

發明要解決的技術問題

然而，在邊燒結或熔融三維造型物的對應區域、邊制造三維造型物的情況下，由于燒結或熔融時的熱，導致該三維造型物的對應區域以外的部分也被燒結或熔融，存在卸下三維造型物時的分離作業、卸下之后的成形作業等的負荷大的情況。即，在制造三維造型物的現有的制造方法中，未能充分地做到減少被制造的三維造型物的后處理工序。

因此，本發明的目的是減少形成了三維造型物后的后處理工序。

用于解決技術問題的方案

用于解決上述技術問題的本發明的第一方面的三維造型物的制造方法的特征在于，具有：層形成工序，使用包含三維造型物的構成材料粒子的流動性組合物和包含支撐部形成粒子的流動性組合物形成層，其中，該包含支撐部形成粒子的流動性組合物形成在所述三維造型物的形成時支撐該三維造型物的支撐部；以及能量賦予工序，向所述構成材料粒子及所述支撐部形成粒子賦予能量，在所述能量賦予工序中，以使所述構成材料粒子及所述支撐部形成粒子的溫度為所述構成材料粒子的熔點以上、且不足所述支撐部形成粒子的熔點的溫度的方式來賦予能量。

根據本方面，賦予能量，以使構成材料粒子及支撐部形成粒子的溫度為構成材料粒子的熔點以上、且不足支撐部形成粒子的熔點的溫度。為此，既能使三維造型物的構成材料熔融，又能抑制支撐部的熔融。為此，能夠抑制由于也使三維造型物的對應區域以外的部分熔融而導致卸下三維造型物時的分離作業、卸下之后的成形作業等的負荷增大。因此，能夠減少形成了三維造型物之后的后處理工序。

本發明的第二方面的三維造型物的制造方法，其特征在于，在所述第一方面中，在所述層形成工序中，使所述包含構成材料粒子的流動性組合物及所述包含支撐部形成粒子的流動性組合物在液滴的狀態下噴吐而形成所述層。

根據本方面，使包含構成材料粒子的流動性組合物及包含支撐部形成粒子的流動性組合物在液滴的狀態下噴吐來形成層。為此，通過形成層即可簡單地形成三維造型物。

本發明的第三方面的三維造型物的制造方法，其特征在于，在所述第一或第二方面中，還具有重復所述層形成工序的層疊工序。

根據本方面，具有重復層形成工序的層疊工序。為此，通過重復層形成工序即可簡單地形成三維造型物。

本發明的第四方面的三維造型物的制造方法，其特征在于，在所述第一至第三任一方面中，在所述能量賦予工序中，以使所述構成材料粒子及所述支撐部形成粒子的溫度為所述支撐部形成粒子的燒結溫度以上的溫度的方式來賦予能量。

根據本方面，賦予能量，以使構成材料粒子及支撐部形成粒子的溫度為支撐部形成粒子的燒結溫度以上的溫度。即，使構成材料粒子熔融，而使支撐部形成粒子燒結。燒結部分相對于熔融部分而言能夠簡單地分離，因此，能夠減少形成了三維造型物之后的后處理工序。

本發明的第五方面的三維造型物的制造方法，其特征在于，在所述第一至第四任一方面中，所述層形成工序被調整為使得在所述能量賦予工序之后包含所述構成材料粒子的層的厚度與對應該層的、包含所述支撐部形成粒子的層的厚度一致。

根據本方面，被調整為在能量賦予工序后，包含構成材料粒子的層的厚度與對應該層的、包含支撐部形成粒子的層的厚度一致。為此，不需要進行伴隨支撐層與構成層的層厚不同的層厚調整等，能夠簡單地制造高精度的三維造型物。

本發明的第六方面的三維造型物的制造方法，其特征在于，在所述第一至第五任一方面中，在執行了一層或多層的所述層形成工序之后執行所述能量賦予工序。

根據本方面，能量賦予工序是在執行了一層或多層的層形成工序之后執行的。例如，通過在執行了多層的層形成工序之后執行能量賦予工序，從而能夠減少構成層形成工序的次數，能夠快速地制造三維造型物。另外，通過按每一層地執行能量賦予工序，從而即使是在斜面部等上用一方的材料覆蓋另一方的材料的配置的情況下，由于各層中兩材料在同一面上露出，因此，也能對各材料恰當地賦予能量。

本發明的第七方面的三維造型物的制造方法，其特征在于，在所述第一至第六任一方面中，在所述能量賦予工序中，向所述構成材料粒子及所述支撐部形成粒子賦予同一能量。

根據本方面，向構成材料粒子及支撐部形成粒子賦予相同的能量。為此，能夠簡單地執行能量賦予工序。

本發明的第八方面的三維造型物的制造方法，其特征在于，在所述第一至第六任一方面中，在所述能量賦予工序中，向所述構成材料粒子及所述支撐部形成粒子賦予不同的能量。

根據本方面，向構成材料粒子及支撐部形成粒子賦予不同的能量。為此，能夠有效地抑制由于也使三維造型物的對應區域以外的部分熔融或過度燒結而導致卸下三維造型物時的分離作業、卸下之后的成形作業等的負荷增大。

本發明的第九方面的三維造型物的制造方法，其特征在于，在所述第一至第八任一方面中，在所述能量賦予工序后，包含所述構成材料粒子的層的孔隙率(空隙率)被調整為比對應該層的、包含所述支撐部形成粒子的層的孔隙率更小。

根據本方面，在能量賦予工序后，包含構成材料粒子的層的孔隙率被調整為比對應該層的、包含支撐部形成粒子的層的孔隙率更小。為此，能夠抑制包含支撐部形成粒子的層的孔隙率過于變小而導致卸下三維造型物時的分離作業、卸下之后的成形作業等的負荷增大。

本發明的第十方面的三維造型物的制造方法，其特征在于，在所述第一至第九任一方面中，包含所述支撐部形成粒子的層的孔隙率(空隙率)被調整為在所述能量賦予工序之后比在所述能量賦予工序之前更小。

根據本方面，包含支撐部形成粒子的層的孔隙率被調整為在能量賦予工序之后比在能量賦予工序之前更小。為此，支撐部的強度提高，具有能在直至進行卸下三維造型物時的分離作業為止的工序中可靠地進行結構體的保持的優點。

本發明的第十一方面的三維造型物的制造方法，其特征在于，在所述第一至第十任一方面中，所述構成材料粒子為包括鋁、鈦、鐵、銅、鎂、不銹鋼、馬氏體時效鋼中至少任一成分的粒子；所述支撐部形成粒子為包括二氧化硅、氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯中至少任一成分的粒子。

根據本方面，通過能量賦予工序，能夠容易地控制為將構成材料粒子熔融，而使支撐部形成粒子為低燒結密度，能夠在確保三維造型物的強度的同時，抑制卸下三維造型物時的分離作業、卸下之后的成形作業等的負荷增大。

本發明的第十二方面的三維造型物的制造裝置，其特征在于，具有：噴吐包含三維造型物的構成材料粒子的流動性組合物的噴吐部；噴吐包含支撐部形成粒子的流動性組合物的噴吐部，其中，該包含支撐部形成粒子的流動性組合物形成在所述三維造型物的形成時支撐該三維造型物的支撐部；控制部，控制使用所述包含構成材料粒子的流動性組合物和所述包含支撐部形成粒子的流動性組合物來形成層；以及能量賦予部，向所述構成材料粒子及所述支撐部形成粒子賦予能量，能量賦予部被調整為以使所述構成材料粒子及所述支撐部形成粒子的溫度為所述構成材料粒子的熔點以上、且不足所述支撐部形成粒子的熔點的溫度的方式來賦予能量。

根據本方面，賦予能量，以使構成材料粒子及支撐部形成粒子的溫度為構成材料粒子的熔點以上、且不足支撐部形成粒子的熔點的溫度。為此，既能使三維造型物的構成材料熔融，又能抑制支撐部的熔融。為此，能夠抑制由于也使三維造型物的對應區域以外的部分熔融而導致卸下三維造型物時的分離作業、卸下之后的成形作業等的負荷增大。因此，能夠減少形成了三維造型物之后的后處理工序。

附圖說明

圖1的(a)是示出本發明一實施方式所涉及的三維造型物的制造裝置的構成的簡要構成圖，圖1的(b)是圖1的(a)所示的C部的放大圖。

圖2的(a)是示出本發明一實施方式所涉及的三維造型物的制造裝置的構成的簡要構成圖，圖2的(b)是圖2的(a)所示的C’部的放大圖。

圖3是本發明一實施方式所涉及的頭座從圖1的(b)所示的D方向觀察的外觀圖。

圖4是圖3所示的E-E’部的截面圖。

圖5的(a)～(c)是概念性說明本發明一實施方式所涉及的頭部單元的配置與著落部的形成方式的關系的俯視圖。

圖6的(d)和(e)是概念性說明本發明一實施方式所涉及的頭部單元的配置與著落部的形成方式的關系的俯視圖。

圖7是概念性說明本發明一實施方式所涉及的頭部單元的配置與著落部的形成方式的關系的俯視圖。

圖8的(a)和(b)是示出配置于頭座的頭部單元的其它配置例的示意圖。

圖9的(a)～(h)是表示本發明一實施例所涉及的三維造型物的制造過程的概略圖。

圖10是本發明一實施例所涉及的三維造型物的制造方法的流程圖。

圖11的(a)～(e)是表示本發明一實施例所涉及的三維造型物的制造過程的概略圖。

圖12是本發明一實施例所涉及的三維造型物的制造方法的流程圖。

附圖標記說明

50、50a、50b、50c、50d、50e、50f、50g以及50h著落部、110基座、111驅動裝置、120工作臺(支撐體)、121樣品板、130、130’頭座支撐部、300支撐層(支撐部)、310構成層、400控制單元(控制部)、410工作臺控制器、430激光控制器、500三維造型物、501、502及503層、1100、1100’頭座、1200構成材料供給裝置、1200’支撐部形成用材料供給裝置、1210構成材料供給單元、1210’支撐部形成用材料供給單元、1210a構成材料容納部、1210a’支撐部形成用材料容納部、1220、1220’供給管、1230構成材料噴吐部、1230’支撐部形成用材料噴吐部、1230a、1230a’噴吐噴嘴、1230b、1230b’噴吐驅動部、1400、1400’頭部單元、1401、1402、1403、1404、1405、1406、1407及1408頭部單元、1400a、1400a’保持夾具、1500材料供給控制器、1600、1600’頭座、1700加熱部(能量賦予部)、1710加熱部控制器、2000形成裝置(三維造型物的制造裝置)、L激光、M材料(構成材料)

具體實施方式

下面，參照附圖說明本發明所涉及的實施方式。

圖1及圖2是示出本發明一實施方式所涉及的三維造型物的制造裝置的構成的簡要構成圖。

在此，本實施方式的三維造型物的制造裝置具備兩種材料供給部(頭座)，但圖1和圖2分別是只示出一方的材料供給部的圖，另一方的材料供給部則省略了圖示。另外，圖1的材料供給部是供給包含三維造型物的構成材料粒子的流動性組合物(構成材料)的材料供給部。而圖2的材料供給部是供給包含支撐部形成粒子的流動性組合物(支撐部形成用材料)的材料供給部，其中，該包含支撐部形成粒子的流動性組合物形成在三維造型物的形成時支撐該三維造型物的支撐部。需要注意的是，本實施例的包含構成材料粒子的流動性組合物以及包含支撐部形成粒子的流動性組合物均為含有溶劑和粘合劑的組合物，但也可以使用不含有它們的組合物。

需要說明的是，本說明書中的“三維造型”表示的是形成所謂的立體造型物，例如形成平板狀、即使為所謂的二維形狀的形狀但具有厚度的形狀也包括在內。另外，“支撐”除了是指從下側支撐的情況以外，還包括從側面支撐的情況、根據情況而從上側支撐的情況。

圖1及圖2所示的三維造型物的制造裝置2000(以下稱為形成裝置2000)具備基座110和工作臺120，工作臺120通過基座110所具備的作為驅動單元的驅動裝置111而能在圖示的X、Y、Z方向上移動、或者能夠在以Z軸為中心的旋轉方向上驅動。

而且，如在圖1中所表示的，具備頭座支撐部130，其一端部固定于基座110，而在另一端部上保持固定有頭座1100，頭座1100保持多個具備噴吐構成材料的構成材料噴吐部的頭部單元1400。

另外，如在圖2中所表示的，具備頭座支撐部130’，其一端部固定于基座110，而在另一端部保持固定有頭座1100’，頭座1100’保持多個具備噴吐支撐部形成用材料的支撐部形成用材料噴吐部的頭部單元1400’。

在此，頭座1100及頭座1100’在XY平面上并列設置。

需要注意的是，構成材料噴吐部1230及支撐部形成用材料噴吐部1230’除噴吐的材料(構成材料及支撐部形成用材料)不同以外，其余都是同樣的構成。不過，不限定于這樣的構成。

在工作臺120上形成在三維造型物500的形成過程中的層501、502以及503。另外，在與工作臺120相對的區域上設有加熱部1700，其被與后述的控制單元400連接的加熱部控制器1710控制熱能照射的接通/斷開，能加熱工作臺120的整個區域。

在三維造型物500的形成中，由于用加熱部1700進行熱能的照射(能量賦予)，因此，為了保護工作臺120免受熱的影響，也可以使用具有耐熱性的樣品板121而將三維造型物500形成于樣品板121上。作為樣品板121，通過使用例如陶瓷板而能獲得高耐熱性，進而與被熔融的三維造型物的構成材料的反應性也低，能夠防止三維造型物500變質。需要注意的是，在圖1的(a)及圖2的(a)中，為了便于說明，例示了層501、502以及503三層，但一直層疊至所希望的三維造型物500的形狀(直至圖1的(a)以及圖2的(a)中的層50n為止)。

在此，層501、502、503、······50n各自包括支撐層300和構成層310(對應于三維造型物500的構成區域的層)，其中，該支撐層300由從支撐部形成用材料噴吐部1230’中噴吐的支撐部形成用材料形成，該構成層310由從構成材料噴吐部1230中噴吐的構成材料形成。另外，在由從構成材料噴吐部1230中噴吐出的構成材料和從支撐部形成用材料噴吐部1230’中噴吐出的支撐部形成用材料形成了一層的層之后，可從加熱部1700對整個該層照射熱能而每一層地使其熔融。進而，還可以通過形成多層構成層310和支撐層300而完成三維造型物的形狀，并在與形成裝置2000分體設置的恒溫槽(加熱部)中使其熔融。

另外，圖1的(b)是示出圖1的(a)所示的頭座1100的C部放大概念圖。如圖1的(b)所示，頭座1100保持有多個頭部單元1400。詳情在后面說明，一個頭部單元1400通過將構成材料供給裝置1200所具備的構成材料噴吐部1230保持于保持夾具1400a而構成。構成材料噴吐部1230具備：噴吐噴嘴1230a、以及通過材料供給控制器1500而使構成材料從噴吐噴嘴1230a中噴吐的噴吐驅動部1230b。

另外，圖2的(b)是示出圖2的(a)所示的頭座1100’的C’部放大概念圖。如圖2的(b)所示，頭座1100’保持有多個頭部單元1400’。頭部單元1400’通過將支撐部形成用材料供給裝置1200’所具備的支撐部形成用材料噴吐部1230’保持于保持夾具1400a’而構成。支撐部形成用材料噴吐部1230’具備：噴吐噴嘴1230a’、以及通過材料供給控制器1500而使支撐部形成用材料從噴吐噴嘴1230a’中噴吐的噴吐驅動部1230b’。

加熱部1700在本實施方式中以照射電磁波作為熱能的能量照射部來進行說明。通過將電磁波用作被照射的熱能，從而能夠對作為目標的供給材料高效地照射能量，能夠形成品質高的三維造型物。并且，能夠容易地按照例如被噴吐的材料的種類控制照射能量的量(功率、掃描速度)，能夠獲得所期望的品質的三維造型物。不過，不限于這樣的構成，也可以是采用其它方法進行加熱的構成。另外，并非局限于通過電磁波來熔融，這一點自不必說。

如在圖1中所表示的，構成材料噴吐部1230通過供給管1220而與容納構成材料的構成材料供給單元1210連接，構成材料供給單元1210與保持于頭座1100的頭部單元1400各自對應。于是，規定的構成材料從構成材料供給單元1210供給至構成材料噴吐部1230。在構成材料供給單元1210中，包含由本實施方式涉及的形成裝置2000造型的三維造型物500的原料的材料(包含金屬粒子(構成材料粒子)的糊狀的構成材料)作為供給材料而容納于構成材料容納部1210a中，各個構成材料容納部1210a通過供給管1220而連接于各個構成材料噴吐部1230。通過像這樣地具備各個構成材料容納部1210a，從而能夠從頭座1100供給多個不同種類的材料。

如在圖2中所表示的，支撐部形成用材料噴吐部1230’通過供給管1220’而與容納支撐部形成用材料的支撐部形成用材料供給單元1210’連接，支撐部形成用材料供給單元1210’與保持于頭座1100’的頭部單元1400’各自對應。于是，規定的支撐部形成用材料從支撐部形成用材料供給單元1210’供給至支撐部形成用材料噴吐部1230’。支撐部形成用材料供給單元1210’將構成對三維造型物500造型時的支撐部的支撐部形成用材料(包含陶瓷粒子(支撐部形成粒子)的糊狀的支撐部形成用材料)作為供給材料容納于支撐部形成用材料容納部1210a’中，各個支撐部形成用材料容納部1210a’通過供給管1220’而連接于各個支撐部形成用材料噴吐部1230’。通過像這樣地具備各個支撐部形成用材料容納部1210a’，從而能夠從頭座1100’供給多個不同種類的支撐部形成用材料。

作為構成材料，例如可使鎂(Mg)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鉻(Cr)、鋁(Al)、鈦(Ti)、銅(Cu)、鎳(Ni)的單體粉末或者包含一種以上的這些金屬的合金(馬氏體時效鋼、不銹鋼、鈷鉻鉬、鈦合金、鎳合金、鋁合金、鈷合金、鈷鉻合金)等的混合粉末形成為包括溶劑和粘合劑的漿狀(或糊狀)的混合材料等來使用。

并且，可使用聚酰胺、聚縮醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯等通用工程塑料。此外，還可以使用聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚芳酯、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚醚醚酮等工程塑料。

這樣，構成材料并沒有特別限制，也能使用上述金屬以外的金屬、陶瓷、樹脂等。

作為溶劑，例如，可列舉出：水；乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、丙二醇單甲醚、丙二醇單乙醚等(聚)烷撐二醇單烷基醚類；乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸異丙酯、乙酸正丁酯、乙酸異丁酯等乙酸乙酯類；苯、甲苯、二甲苯等芳香族烴類；甲基乙基酮、丙酮、甲基異丁基酮、乙基正丁基甲酮、二異丙基甲酮、乙酰丙酮等酮類；乙醇、丙醇、丁醇等醇類；四烷基乙酸銨類；二甲基亞砜、二乙基亞砜等亞砜類溶劑；吡啶、γ－甲基吡啶、2，6-二甲基吡啶等吡啶類溶劑；四烷基乙酸銨(例如四丁基乙酸銨)等的離子液體等，可將選自這些中的一種或兩種以上組合來使用。

作為粘合劑，例如為丙烯酸樹脂、環氧樹脂、硅酮樹脂、纖維素類樹脂或其它合成樹脂、或者PLA(聚乳酸)、PA(聚酰胺)、PPS(聚苯硫醚)或其它熱可塑性樹脂。

在本實施方式中，支撐部形成用材料含有陶瓷。作為該支撐部形成用材料，例如可作為包括金屬氧化物、金屬醇鹽、金屬等的混合粉末；溶劑；以及粘合劑的漿狀(或糊狀)的混合材料來使用。

不過，支撐部形成用材料并沒有特別限制，也可以使用如上述構成材料的例子那樣的、陶瓷以外的金屬、樹脂等。

形成裝置2000中具備作為控制單元的控制單元400，其根據從未圖示的、例如個人計算機等數據輸出裝置中輸出的三維造型物的造型用數據而控制上述的工作臺120、構成材料供給裝置1200所具備的構成材料噴吐部1230、加熱部1700、以及支撐部形成用材料供給裝置1200’所具備的支撐部形成用材料噴吐部1230’。而且，雖未圖示，但控制單元400中具備控制工作臺120和構成材料噴吐部1230、以及工作臺120和支撐部形成用材料供給裝置1200’協作地驅動及動作的控制部。

關于以能移動的方式配備于基座110的工作臺120，根據來自控制單元400的控制信號，在工作臺控制器410中生成控制工作臺120的移動開始與停止、移動方向、移動量、移動速度等的信號，并輸送至基座110所具備的驅動裝置111，從而工作臺120在圖示的X、Y、Z方向上移動。關于頭部單元1400所具備的構成材料噴吐部1230，根據來自控制單元400的控制信號，在材料供給控制器1500中生成控制通過構成材料噴吐部1230所具備的噴吐驅動部1230b而從噴吐噴嘴1230a噴吐的材料噴吐量等的信號，并根據所生成的信號，從噴吐噴嘴1230a中噴吐規定量的構成材料。

同樣地，關于頭部單元1400’所具備的支撐部形成用材料噴吐部1230’，根據來自控制單元400的控制信號，在材料供給控制器1500中生成控制通過支撐部形成用材料噴吐部1230’所具備的噴吐驅動部1230b’而從噴吐噴嘴1230a’噴吐的材料噴吐量等的信號，并根據所生成的信號，從噴吐噴嘴1230a’中噴吐規定量的支撐部形成用材料。

另外，對于加熱部1700，控制信號從控制單元400輸送至加熱部控制器1710，從加熱部控制器1710中送出使加熱部1700照射電磁波的輸出信號。

接著，對頭部單元1400進一步詳細地說明。需要注意的是，頭部單元1400’是與頭部單元1400同樣的構成，代替構成材料噴吐部1230，支撐部形成用材料噴吐部1230’以同樣的配置而構成。為此，省略關于頭部單元1400’的詳細構成的說明。

圖3及圖4示出被頭座1100保持的多個頭部單元1400以及被頭部單元1400保持的構成材料噴吐部1230的保持形態的一個例子，圖3是從圖1的(b)所示的箭頭D方向觀察的頭座1100的外觀圖，圖4是圖3所示的E-E’部的概略截面圖。

如圖3所示，多個頭部單元1400通過未圖示的固定單元而被保持于頭座1100。在本實施方式所涉及的形成裝置2000的頭座1100中，從圖下方起具備第一列的頭部單元1401及1402、第二列的頭部單元1403及1404、第三列的頭部單元1405及1406、以及第四列的頭部單元1407及1408共八個單元的頭部單元1400。而且，雖未圖示，但各個頭部單元1401～1408所具備的構成材料噴吐部1230采用經由噴吐驅動部1230b并通過供給管1220而與構成材料供給單元1210連接的、被保持夾具1400a保持的構成。

如圖4所示，構成材料噴吐部1230從噴吐噴嘴1230a朝著放置于工作臺120上的樣品板121上噴吐作為三維造型物的構成材料的材料M。關于頭部單元1401，例示了材料M以液滴狀噴吐的噴吐形式，關于頭部單元1402，例示了材料M以連續體狀供給的噴吐形式。本實施方式的形成裝置2000中的材料M的噴吐形式為液滴狀。然而，也可以使用噴吐噴嘴1230a能以連續體狀供給構成材料的頭部單元。

從噴吐噴嘴1230a中以液滴狀噴吐的材料M大致在重力方向上飛行，并著落于樣品板121上。然后，著落的材料M形成著落部50。該著落部50的集合體作為形成于樣品板121上的三維造型物500的構成層310(參照圖1)而形成。

圖5、圖6以及圖7是概念性地說明頭部單元1400的配置與著落部50的形成方式的關系的俯視圖(圖1所示的D方向箭頭圖)。首先，如圖5的(a)所示，在樣品板121上的造型起點q1處，從頭部單元1401及1402的噴吐噴嘴1230a中噴吐材料M，通過著落于樣品板121的材料M形成著落部50a及50b。需要注意的是，為便于說明，雖然為俯視圖，但在著落部50上加有影線，例示形成于樣品板121的上表面的第一層的層501的構成層310來進行說明。

首先，如圖5的(a)所示，在樣品板121上的層501的構成層310的造型起點q1處，從圖示下方的第一列的頭部單元1401及1402所具備的構成材料噴吐部1230中噴吐材料M。由噴吐的材料M形成著落部50a及50b。

邊繼續從頭部單元1401及1402的構成材料噴吐部1230中噴吐材料M，邊使樣品板121相對于頭座1100相對地移動至Y(+)方向的、圖5的(b)所示的造型起點q1對應于第二列的頭部單元1403及1404的位置。由此，著落部50a及50b從造型起點q1開始保持寬度t地延伸至樣品板121的相對移動后的位置q2。進而，從對應于造型起點q1的第二列的頭部單元1403及1404中噴吐材料M，開始形成著落部50c及50d。

如圖5的(b)所示開始形成著落部50c及50d，邊繼續從頭部單元1403及1404的構成材料噴吐部1230中噴吐材料M，邊使樣品板121相對于頭座1100相對地移動至Y(+)方向的、圖5的(c)所示的造型起點q1對應于第三列的頭部單元1405及1406的位置。由此，著落部50c及50d從造型起點q1開始保持寬度t地延伸至樣品板121的移動后的位置q2。同時，著落部50a及50b從造型起點q1開始保持寬度t地延伸至樣品板121的相對移動后的位置q3。從對應于造型起點q1的第三列的頭部單元1405及1406中噴吐材料M，開始形成著落部50e及50f。

如圖5的(c)所示開始形成著落部50e及50f，邊繼續從頭部單元1405及1406的構成材料噴吐部1230中噴吐材料M，邊使樣品板121相對于頭座1100相對地移動至Y(+)方向的、圖6的(d)所示的造型起點q1對應于第四列的頭部單元1407及1408的位置。由此，著落部50e及50f從造型起點q1開始保持寬度t地延伸至樣品板121的移動后的位置q2。同時，著落部50a及50b從造型起點q1開始保持寬度t地延伸至樣品板121的相對移動后的位置q4、著落部50c及50d從造型起點q1開始保持寬度t地延伸至樣品板121的相對移動后的位置q3。從對應于造型起點q1的第四列的頭部單元1407及1408中噴吐材料M，開始形成著落部50g及50h。

在將位置q5作為造型結束位置的情況(以下，將位置q5稱為造型終點q5)下，如圖6的(e)所示，通過使樣品板121相對地移動至頭部單元1401及1402到達造型終點q5為止，從而使著落部50g及50h延伸。然后，在已到達造型終點q5的頭部單元1401及1402中，停止從頭部單元1401及1402的構成材料噴吐部1230噴吐材料M。進而，邊使樣品板121在Y(+)方向上相對地移動，邊從構成材料噴吐部1230中噴吐材料M，直至頭部單元1403、1404、1405、1406、1407以及1408到達造型終點q5為止。于是，如圖7所示，著落部50a、50b、50c、50d、50e、50f、50g以及50h保持寬度t地從造型起點q1形成至造型終點q5。按這種方式，通過邊使樣品板121從造型起點q1移動至造型終點q5，邊從頭部單元1401、1402、1403、1404、1405、1406、1407以及1408依次進行材料M的噴吐供給，從而能夠形成寬度T、長度J的、在本實施方式的例示中大致為矩形的著落部50。而且，能夠成形、構成第一層的層501的構成層310作為著落部50的集合體。

如上所述，本實施方式所涉及的形成裝置2000通過與具備樣品板121的工作臺120的移動同步地選擇性地進行來自頭部單元1401、1402、1403、1404、1405、1406、1407以及1408所具備的構成材料噴吐部1230的材料M的噴吐供給，從而能夠將希望形狀的構成層310形成于樣品板121上。并且，如上所述，工作臺120的移動在本例中只需使其向沿著Y軸方向的一個方向移動即可在圖7所示的寬度T×長度J的區域內獲得希望形狀的著落部50、進而獲得作為著落部50的集合體的構成層310。

另外，對于從構成材料噴吐部1230噴吐的材料M，也可以從頭部單元1401、1402、1403、1404、1405、1406、1407以及1408中的任一個單元或者兩個以上的單元噴吐供給與其它頭部單元不同的構成材料。因此，通過使用本實施方式涉及的形成裝置2000，能夠獲得由不同種類的材料形成的三維造型物。

需要注意的是，在第一層的層501中，在如上所述地形成構成層310之前或之后，可以從支撐部形成用材料噴吐部1230’中噴吐支撐部形成用材料，并采用與上述同樣的方法形成支撐層300。而且，當層疊于層501而形成層502、503、······50n時，也能夠同樣地形成構成層310及支撐層300。

上述的本實施方式涉及的形成裝置2000所具備的頭部單元1400及1400’的數量及排列不限于上述的數量及排列。在圖8中，作為其示例示意性示出了配置于頭座1100的頭部單元1400的其它配置例。

圖8的(a)示出在頭座1100上使多個頭部單元1400在X軸方向上并列的形態。圖8的(b)示出在頭座1100上使頭部單元1400呈格子狀排列的形態。需要注意的是，所排列的頭部單元的數量均不限定于圖示的例子。

接著，對使用上述的本實施方式涉及的形成裝置2000進行的三維造型物的制造方法的一實施例進行說明。

圖9是表示使用形成裝置2000進行的三維造型物的制造過程的一個例子的概略圖。需要說明的是，本例是每當從構成材料噴吐部1230及支撐部形成用材料噴吐部1230’中噴吐出構成材料及支撐部形成用材料而形成一層的層時便使用形成裝置2000所具備的加熱部1700加熱該層來制造三維造型物的三維造型物制造方法的例子。另外，在本實施例的三維造型物的制造方法中，制造熔融狀態的三維造型物。

此外，圖9中，在Z方向上畫有多條輔助線，以便易于理解支撐層300及構成層310的厚度。

首先，如在圖9的(a)中所表示的，從構成材料噴吐部1230中噴吐構成材料，從支撐部形成用材料噴吐部1230’中噴吐支撐部形成用材料，從而在第一層的層501中形成構成層310及支撐層300。在此，支撐層300形成于該層中的三維造型物的形成區域(對應于構成層310的區域)以外的區域。

接著，如在圖9的(b)中所表示的，通過加熱部1700加熱第一層的層501，使該層的構成層310熔融，并燒結支撐層300。需要注意的是，本實施例中的加熱部1700的加熱溫度設定為構成材料中含有的金屬粒子(構成材料粒子)熔融的溫度(熔點以上)、且支撐部形成用材料中含有的陶瓷粒子(支撐部形成粒子)燒結的溫度(小于熔點)。

下面，重復在圖9的(a)中表示的動作和在圖9的(b)中表示的動作，完成三維造型物。

具體而言，如在圖9的(c)中所表示的，從構成材料噴吐部1230中噴吐構成材料，并從支撐部形成用材料噴吐部1230’中噴吐支撐部形成用材料，從而在第二層的層502中形成構成層310及支撐層300。然后，如在圖9的(d)中所表示的，通過加熱部1700加熱第二層的層502。

進一步地，如在圖9的(e)中所表示的，在第三層的層503中形成構成層310及支撐層300，如在圖9的(f)中所表示的，通過加熱部1700加熱第三層的層503，如在圖9的(g)中所表示的，在第四層的層504中形成構成層310及支撐層300，如在圖9的(h)中所表示的，通過加熱部1700加熱第四層的層504，從而完成三維造型物(熔融狀態的構成層310)。

接著，使用流程圖說明圖9中表示的三維造型物的制造方法的一實施例。

在此，圖10為本實施例所涉及的三維造型物的制造方法的流程圖。

如在圖10中表示的，在本實施例的三維造型物的制造方法中，首先，在步驟S110中取得三維造型物的數據。詳細而言，例如從在個人計算機中執行的應用程序等中取得表示三維造型物的形狀的數據。

接著，在步驟S120中創建每層的數據。詳細而言，在表示三維造型物的形狀的數據中，根據Z方向的造型分辨率進行切片，按每個截面生成位圖(bitmap)數據(截面數據)。

此時，生成的位圖數據為區分為三維造型物的形成區域與三維造型物的非形成區域的數據。

接著，在步驟S130中，根據形成三維造型物的形成區域的數據，從構成材料噴吐部1230中噴吐(供給)構成材料，形成構成層310。

接著，在步驟S140中，根據形成三維造型物的非形成區域的數據，從支撐部形成用材料噴吐部1230’中噴吐(供給)支撐部形成用材料，形成與在步驟S130中構成的構成層310對應相同的層的支撐層300。

需要注意的是，步驟S130與步驟S140的順序既可以相反，也可以是同時。

接著，在步驟S150中，從加熱部1700對在步驟S130中構成的構成層310及在步驟S140中構成的支撐層300所對應的層照射電磁波(賦予熱能)，使該層中的構成層310熔融，并燒結支撐層300。

需要注意的是，在本步驟中，雖然使構成層310熔融并使支撐層300燒結，但也可以不使支撐層300燒結。

然后，重復步驟S130至步驟S160，直至通過步驟S160結束基于在步驟S120中生成的對應各層的位圖數據的三維造型物的造型。

然后，當結束了三維造型物的造型時，在步驟S170中，進行三維造型物的顯現(提取)(從對應于作為三維造型物的形成區域的構成層310的部分上除去對應于作為三維造型物的非形成區域的支撐層300的部分、即清潔三維造型物)，結束本實施例的三維造型物的制造方法。

接著，對使用上述的本實施方式所涉及的形成裝置2000所進行的三維造型物的制造方法的另一實施例進行說明。

圖11是表示使用形成裝置2000所進行的三維造型物的制造過程的一個例子的概略圖。需要說明的是，本例是不使用形成裝置2000所具備的加熱部1700，而是在與形成裝置2000分體設置的未圖示的恒溫槽(加熱部)中，在從構成材料噴吐部1230及支撐部形成用材料噴吐部1230’中噴吐構成材料及支撐部形成用材料而結束了三維造型物的形狀的形成之后，加熱該三維造型物的形成物來制造三維造型物的三維造型物制造方法的例子。另外，在本實施例的三維造型物的制造方法中，制造熔融狀態的三維造型物。

需要注意的是，在圖11中，于Z方向畫有多條輔助線，以便易于理解支撐層300及構成層310的厚度。

首先，如在圖11的(a)中所表示的，從構成材料噴吐部1230中噴吐構成材料，并從支撐部形成用材料噴吐部1230’中噴吐支撐部形成用材料，從而在第一層的層501中形成構成層310及支撐層300。在此，支撐層300形成于該層中的三維造型物的形成區域(對應于構成層310的區域)以外的區域。

接著，如在圖11的(b)中所表示的，從構成材料噴吐部1230中噴吐構成材料，并從支撐部形成用材料噴吐部1230’中噴吐支撐部形成用材料，從而在第二層的層502中形成構成層310及支撐層300。

然后，如在圖11的(c)及圖11的(d)中所表示的，重復在圖11的(a)及圖11的(b)中表示的動作，完成三維造型物的形狀。

然后，如在圖11的(e)中所表示的，在未圖示的恒溫槽中加熱該三維造型物的形成物，使該三維造型物的形成物的構成層310熔融，并使支撐層300燒結，完成三維造型物(熔融狀態的構成層310)。需要注意的是，本實施例中的該恒溫槽中的加熱溫度設定為構成材料中含有的金屬粒子(構成材料粒子)熔融的溫度(熔點以上)、且支撐部形成用材料中含有的陶瓷粒子(支撐部形成粒子)燒結的溫度(小于熔點)。

接著，使用流程圖說明圖11中表示的三維造型物的制造方法的一實施例。

在此，圖12為本實施例所涉及的三維造型物的制造方法的流程圖。

需要注意的是，圖12的步驟S110至步驟S140及步驟S170與圖10的步驟S110至步驟S140及步驟S170相同，因而省略說明。

如在圖12中表示的，本實施例的三維造型物的制造方法中，在步驟S140結束后，前進至步驟S160。

然后，重復步驟S130至步驟S160，直至通過步驟S160而結束基于在步驟S120中生成的對應各層的位圖數據的三維造型物的形成物的造型，當結束了三維造型物的形成物的造型時，前進至步驟S165。

在步驟S165中，對于重復步驟S130至步驟S160而形成的三維造型物的形成體，在未圖示的恒溫槽中使構成層310熔融，并使支撐層300燒結。需要注意的是，在本步驟中，雖然使構成層310熔融并使支撐層300燒結，但也可以不使支撐層300燒結。然后，在本步驟結束后，執行步驟S170，結束本實施例的三維造型物的制造方法。

如在上述的兩個例子中所示，本實施例的三維造型物的制造方法具有使用包含三維造型物的構成材料粒子的流動性組合物(構成材料)和包含支撐部形成粒子的流動性組合物(支撐部形成用材料)來形成層的層形成工序(步驟S130及步驟S140)，其中，該包含支撐部形成粒子的流動性組合物形成在三維造型物的形成時支撐該三維造型物的支撐部。而且，具有向構成材料粒子及支撐部形成粒子賦予能量的能量賦予工序(步驟S150及步驟S165)。并且，在能量賦予工序中，以使構成材料粒子及支撐部形成粒子的溫度為構成材料粒子的熔點以上且不足支撐部形成粒子的熔點的溫度的方式賦予能量。

為此，能夠使三維造型物的構成材料熔融的同時又抑制支撐部的熔融，能夠抑制由于也使三維造型物的對應區域以外的部分熔融而導致卸下三維造型物時的分離作業、卸下之后的成形作業等的負荷增大。因此，能夠減少形成了三維造型物之后的后處理工序。

換言之，本實施例的三維造型物的制造裝置(形成裝置2000)具有：噴吐部(構成材料噴吐部1230)，噴吐包含三維造型物的構成材料粒子的流動性組合物(構成材料)；噴吐部(支撐部形成用材料噴吐部1230’)，噴吐包含支撐部形成粒子的流動性組合物(支撐部形成用材料)，該包含支撐部形成粒子的流動性組合物形成在形成三維造型物時支撐該三維造型物的支撐部；控制部(控制單元400)，控制使用包含構成材料粒子的流動性組合物和包含支撐部形成粒子的流動性組合物來形成層；以及能量賦予部(加熱部1700)，向構成材料粒子及支撐部形成粒子賦予能量。而且，能量賦予部被調整為按如下這樣賦予能量：使構成材料粒子及支撐部形成粒子的溫度為構成材料粒子的熔點以上、且不足支撐部形成粒子的熔點的溫度。

為此，能夠使三維造型物的構成材料熔融的同時又抑制支撐部的熔融，能夠抑制由于也使三維造型物的對應區域以外的部分熔融而導致卸下三維造型物時的分離作業、卸下之后的成形作業等的負荷增大。因此，能夠減少形成了三維造型物之后的后處理工序。

另外，本實施例的三維造型物的制造方法中的層形成工序(步驟S130及步驟S140)使包含構成材料粒子的流動性組合物及包含支撐部形成粒子的流動性組合物在液滴狀態下噴吐而形成層。為此，能夠通過形成層這一簡單的方法來形成三維造型物。

并且，在本實施例的三維造型物的制造方法中，具有重復層形成工序(步驟S130及步驟S140)的層疊工序(步驟S130至步驟S160)。為此，通過重復層形成工序即可簡單地形成三維造型物。

并且，本實施例的三維造型物的制造方法中的能量賦予工序(步驟S150及步驟S165)按如下這樣賦予能量：即、使構成材料粒子及支撐部形成粒子的溫度為支撐部形成粒子的燒結溫度以上的溫度。也就是說，使構成材料粒子熔融，而使支撐部形成粒子燒結。燒結部分相對于熔融部分來說能夠簡單地分離，因此能夠減少形成了三維造型物之后的后處理工序。

并且，本實施例的三維造型物的制造方法中的層形成工序(步驟S130及步驟S140)被調整為使得在能量賦予工序(步驟S150及步驟S165)之后包含構成材料粒子的層的厚度與對應該層的、包含支撐部形成粒子的層的厚度一致。詳細而言，預先計算由熔融所致的構成層的厚度變化(減少程度)和由燒結所致的支撐層的厚度變化(減少程度)，并計算兩者變化的差異來調整各自的層厚(液滴的噴吐量)。為此，不需進行伴隨支撐層與構成層的層厚不同的層厚調整等，能夠簡單地制造高精度的三維造型物。

并且，圖10中表示的本實施例的三維造型物的制造方法中的能量賦予工序(步驟S150)是每當結束一層的層疊工序(步驟S130至步驟S160)便被執行。而且，圖12中表示的本實施例的三維造型物的制造方法中的能量賦予工序(步驟S165)是在層疊工序(步驟S130至步驟S160)全部結束之后被執行。換言之，本實施例的三維造型物的制造方法中的能量賦予工序是在執行了一層或多層的層形成工序(步驟S130及步驟S140)之后被執行。例如，通過在執行了多層的層形成工序之后執行能量賦予工序，從而能夠減少構成層形成工序的次數，能夠快速地制造三維造型物。另外，通過按每一層地執行能量賦予工序，從而即使是在斜面部等上用一方的材料覆蓋另一方的材料的配置時，由于各層中兩材料在同一面上露出，因此，也可以恰當地對各材料賦予能量。

并且，本實施例的三維造型物的制造方法中的能量賦予工序(步驟S150及步驟S165)向構成材料粒子及支撐部形成粒子賦予同一能量(在步驟S150中，從加熱部1700向構成材料粒子及支撐部形成粒子兩者照射電磁波，在步驟S165中，于未圖示的恒溫槽中對構成材料粒子及支撐部形成粒子統一加熱)。為此，能夠簡單地執行能量賦予工序。

不過，在能量賦予工序中，也可以向構成材料粒子及支撐部形成粒子賦予不同的能量。這是因為，通過賦予不同的能量，從而能夠有效地抑制由于也熔融三維造型物的對應區域以外的部分而導致卸下三維造型物時的分離作業、卸下之后的成形作業等的負荷增大。

并且，在本實施例的三維造型物的制造方法中，于能量賦予工序(步驟S150及步驟S165)之后，包含構成材料粒子的層的孔隙率被調整為低于對應該層的、包含支撐部形成粒子的層的孔隙率。為此，能夠抑制包含支撐部形成粒子的層的孔隙率過于變小而使卸下三維造型物時的分離作業、卸下之后的成形作業等的負荷增大。

并且，在本實施例的三維造型物的制造方法中，包含支撐部形成粒子的層的孔隙率被調整為在能量賦予工序(步驟S150及步驟S165)之后比在能量賦予工序之前更小。為此，支撐部的強度提高，具有在直至進行卸下三維造型物時的分離作業為止的工序中能夠可靠地進行結構體的保持的優點。

并且，優選地，構成材料粒子為包括鋁、鈦、鐵、銅、鎂、不銹鋼、馬氏體時效鋼中至少任一成分的粒子；支撐部形成粒子為包括二氧化硅、氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯中至少任一成分的粒子。這是因為，通過能量賦予工序，能夠容易地控制成將構成材料粒子熔融并使支撐部形成粒子為低燒結密度，能夠在確保三維造型物的強度的同時，抑制卸下三維造型物時的分離作業、卸下之后的成形作業等的負荷增大。

本發明并不局限于上述實施例，在不脫離其宗旨的范圍內可通過各種構成來實現。例如，為了解決上述技術問題的一部分或全部、或者達到上述效果的一部分或全部，可對記載于發明內容部分的各方式中的技術特征所對應的實施例中的技術特征適當進行替換、組合。如果該技術特征在本說明書中不是作為必須特征被說明，則可將其適當刪除。