三维造形装置，三维造形物体的制造方法，三维造形物体

摘要

本发明涉及三维造形装置，三维造形物体的制造方法，三维造形物体。三维造形装置，用于造形三维造形物体，其包括：造形部，其一层一层地供给粉体而形成粉体层，喷头，其对粉体层喷出造形液的液滴，以结合粉体层的粉体，来形成造形层，造形部和喷头依次工作而逐层造形三维造形物体，造形部和喷头工作为以使得在层叠方向连续的两个造形层之间形成层间空隙。

权利要求

1.一种三维造形装置，用于造形三维造形物体，包括：造形部，用于供给粉体以形成由粒子构成的粉体层，

喷头，用于对所述粉体层喷出液滴，以使所述粉体层的粒子彼此结合并形成造形层，并且所述造形部和所述喷头形成由(i)所述造形层和(ii)另一造形层构成的两个连续的造形层，所述造形层在层叠方向上层叠在所述另一造形层上，所述两个连续的造形层包括(iii)位于这两个连续的造形层之间的结合区和(iv)位于这两个连续的造形层之间的空隙，所述空隙由所述两个连续的造形层的结合区包围，所述空隙的粒子密度比所述结合区的粒子密度低。

2.根据权利要求1所述的三维造形装置，其特征在于：当在某一层形成层间空隙时，控制所述喷头喷出的造型液的液量以所述喷头喷出的造形液对所述粉体层的浸透深度不达到一层的所述粉体层的厚度。

3.根据权利要求2所述的三维造形装置，其特征在于：控制所述造形液的液量以所述喷头喷出的造形液对所述粉体层的浸透深度达到一层的所述粉体层的厚度的2分之一以上。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的三维造形装置，其特征在于：当在某一层不形成层间空隙时，控制所述喷头喷出的造型液的液量以所述喷头喷出的造形液对于所述粉体层的浸透深度超过一层的所述粉体层的厚度。

5.根据权利要求1至3中任意一项所述的三维造形装置，其特征在于：所述粒子是由混合至少两种粒子组成，所述至少两种粒子的中心粒径不同。

6.根据权利要求4所述的三维造形装置，其特征在于：所述粒子是由混合至少两种粒子组成，所述至少两种粒子的中心粒径不同。

7.一种三维造形物体的制造方法，包括：

(a)供给粉体以形成由粒子构成的粉体层的步骤，

(b)对粉体层喷出液滴，以使所述粉体层的粒子彼此结合并形成造形层的步骤，通过(a)和(b)的供给和喷出，两个连续的造形层由(i)所述造形层和(ii)另一造形层构成，所述造形层在层叠方向上层叠在所述另一造形层上，所述两个连续的造形层包括(iii)位于这两个连续的造形层之间的结合区和(iv)位于这两个连续的造形层之间的空隙，所述空隙由所述两个连续的造形层的结合区包围，所述空隙的粒子密度比所述结合区的粒子密度低。

说明书

三维造形装置，三维造形物体的制造方法，三维造形物体

技术领域

[0001] 本发明涉及三维造形装置，三维造形物体的制造方法，三维造形物体。

背景技术

[0002] 作为三维造形物体的三维造形装置，有一般公知的有，比如用逐层造形法造形的装置。逐层造形法，比如在造形台上，形成表面平坦的金属或者非金属的粉体层。对形成的粉体层从喷头喷出造形液，以使结合粉体层的粉体，由此形成一层的厚度薄的造形层。在这个造形层上，再次形成粉体层。以反复上述的步骤，逐层造形层，而造形三维造形物体。

[0003] 作为三维造形物体的三维造形装置，公知的有如专利文献1所公开的。根据造形对象的形状信息和重量信息，和从造形材料数据库取得的一个或者复数的造形材料的重量信息，三维造形装置算出来填充率或者混合率。填充率表示造形材料的疏密的程度，能够作成跟造形对象物体同一的重量的造形物体。混合率表示复数造形材料的混合率。三维造形装置根据算出了的填充率或者混合率，生成造形信息，根据造形信息逐层造形材料。

[0004] 但是，为了变化填充率，形成造形层能变成蜂窝式结构或者海绵结构，需要原来的造形数据多数的修改，发生造形物体的最终形态的形状改变。

[0005] 【专利文献1】特许第5408207号公报

发明内容

[0006] 本发明鉴于上述情况，目的在于用来简单的构成，得到内部具有不同的疏密密度的三维造形物体。

[0007] 本发明的技术方案在于提供一种三维造形装置，用于造形三维造形物体，其包括：

[0008] 造形部，其一层一层地供给粉体而形成粉体层，

[0009] 喷头，其对粉体层喷出造形液的液滴，以结合粉体层的粉体，来形成造形层，[0010] 造形部和喷头依次工作而逐层造形三维造形物体，

[0011] 造形部和喷头工作为以使得在层叠方向连续的两个造形层之间形成层间空隙。

[0012] 根据本发明所涉及的三维造形装置，用来简单的结构，能够得到内部具有不同的疏密密度的三维造形物体。

附图说明

[0013] 图1所示是三维造形装置的第一例的主要部斜视说明图。

[0014] 图2所示是同一装置的概要侧面说明图。

[0015] 图3所示是造形部的断面说明图。

[0016] 图4所示是造形部的斜视说明图。

[0017] 图5所示是三维造形装置的控制部的模块图。

[0018] 图6所示是造形部的模块断面说明图，用于说明造形的流程。

[0019] 图7示出用于本发明第一实施形态说明的粉体层的粉体的断面说明图。

[0020] 图8示出第一实施形态使用的粉体的SEM照片。

[0021] 图9示出第一实施形态使用的粉体的体积平均粒径的粒度分布

[0022] 图10示出第一实施形态使用的粉体的个数平均粒径的粒度分布。

[0023] 图11说明造形层之间形成层间空隙来造形造形层的场合的模型说明图。图12示出图11以下的说明的模型说明图。

[0024] 图13示出图12以下的说明的模型说明图。

[0025] 图14示出图13以下的说明的模型说明图。

[0026] 图15用于说明造形层之间形成层间空隙而形成造形层的场合的模块说明图。

[0027] 图16示出图15以下的说明的模型说明图。

[0028] 图17示出图16以下的说明的模型说明图。

[0029] 图18示出图17以下的说明的模型说明图。

[0030] 图19用于说明液体架桥力。

[0031] 图20示出形成了层间空隙的造形物体的SEM照片。

[0032] 图21示出不形成了层间空隙的造形物体的SEM照片。

[0033] 图22用于本发明第二实施形态说明的粉体层的粉体的断面说明图。

[0034] 图23所示是第二实施形态使用的粉体的粒度分布的说明图。

[0035] 图24所示是来第二实施形态做的造形物体的SEM照片。

[0036] 图25所示是扩大图24的层间的SEM照片。

[0037] 图26所示是关于本发明的三维造形物体用于过滤器的斜视说明图。

[0038] 图27所示是图26的在面S1看的断面说明图。

[0039] 图28所示是关于本发明的三维造形物体用于含有和浸透油的作用的轴承部件的斜视说明图。

[0040] 图29是图28的在面S2看的断面说明图。

[0041] 图30示出三维造形装置的第二例的要部的斜视说明图，

[0042] 图31是用于跟造形的流程一起说明的造形部的断面说明图。

[0043] 符号说明

[0044] 1 造形部

[0045] 5 造形单元

[0046] 10 造形液

[0047] 11 粉体层

[0048] 12 平坦化辊子(平坦化手段，旋转体)

[0049] 13 粉体排除板

[0050] 20 粉体

[0051] 21 供给槽

[0052] 22 造形槽

[0053] 23 供给台

[0054] 24 造形台

[0055] 30 造形层

[0056] 31 粉体层

[0057] 51 喷头单元

[0058] 700 层间空隙

[0059] 801 流体过滤器

[0060] 802 含有油和浸透油的作用的轴承部件

具体实施方式

[0061] 以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。首先，参照图1及图4来说明本发明所涉及的三维造形装置的第一例。图1所示是粉体逐层造形装置的主要部斜视说明图，图2所示是同一装置的概要侧面说明图，图3所示是造形部的断面说明图，图4所示是造形部的斜视说明图。还有，图3用于造形时的状态表示。

[0062] 这个三维造形装置是粉体造形装置(称为粉末造形装置),具备造形部1和造形单元5。造形层30在造形部1通过结合粉体形成。造形单元5对造形部1喷出造形液10形成三维造形物体。

[0063] 造形部1具备粉体槽11和平坦化辊子12等。平坦化辊子12是用于平坦化的旋转体。

[0064] 粉体槽11具有供给粉体20的供给槽21和造形槽22。造形物体在造形槽22里形成。供给槽21的底部，用作供给台23，能够铅垂方向升降自如。同样，造形部22的底部，用作造形台24，能够铅垂方向升降自如。三维造形物体被形成在造形台24上。

[0065] 供给台23被马达27升降，造形台24被马达28升降。

[0066] 平坦化辊子12供给造形槽22粉体20，粉体20是供给槽21的供给台23上供给。平坦化辊子12平坦化供给台23上的粉体，形成粉体层31。借助于反复移动机构25，这个平坦化辊子12能够沿着图2的Y方向相对于造形台24的台面反复移动。图2的Y方向沿着造形台24的台面(装载粉体20的面)。马达26转动驱动平坦化辊子12。

[0067] 造形单元5如图1和图3所示地，具备喷头单元51。喷头单元51具有一个或多个液体喷头50(以下称为喷头)。液体喷头50对造形台24上的粉体层31喷出造形液。这个喷头单元51具备喷出蓝色的造形液的喷头，喷出品红色的造形液的喷头，喷出黄色的造形液的喷头，喷出黑色的造形液的喷头，和喷出透明的造形液的喷头。容器安装部56安装多个容器，多个容器能够分别收容这种蓝色的造形液，品红色的造形液，黄色的造形液的喷头，黑色的造形液的喷头，和透明的造形液。

[0068] 造形单元5还有具备清扫喷头单元51的喷头清扫机构(图5所示的清扫装置555)。喷头清扫机构(装置)主要用于罩盖和刮擦。把罩盖紧贴着喷头下方的喷嘴面，从喷嘴面吸引造形液。这是为了排出堵塞喷嘴的粉体，或者排出高粘度化了造形液。然后，为了形成喷嘴里的液体的弯月面(这时候喷嘴里是负压状态)，刮擦喷嘴面。从喷头不喷出造形液时，喷头清扫机构罩盖喷头的喷嘴面，防止粉体进入喷嘴里或喷嘴里的造形液的干燥。

[0069] 造形单元5，如图2，具有滑动片53，造形单元5整体能按箭头所指的Y方向(副扫描方向)反复移动。导向部件52移动可能地保持滑动片53。由于具有后述的马达552的扫描机构，这个造形单元5整体按箭头所指的Y方向反复移动。

[0070] 喷头单元51被导向部件54，54按箭头所指的X方向(主扫描方向)可反复移动地支持。由于具有后述的马达550的扫描机构，喷头单元51按箭头所指的X方向反复移动。

[0071] 喷头单元51跟导向部件54，54一起按箭头所指的Z方向可升降地被支持。由于具有后述的马达551的升降机构，喷头单元51按箭头所指的Z方向升降。

[0072] 这里，参照上述图3和图4来说明造形部1的细节。

[0073] 粉体槽11具有箱形形状，具备供给槽21和造形槽22的两个上方开口的槽。粉体槽21内部配置可升降的供给台23，造形槽22内部配置可升降的造形台24。

[0074] 供给台23配置为供给台23的侧面接着供给槽21的内侧面。造形台24配置为供给台24的侧面接着造形槽22的内侧面。该供给台23和造形台24的上面保持水平。

[0075] 如粉体槽11的周围，如图4所示地，具备粉体落下口29(在图3上省略表示)，粉体落下口29具有上方开口的凹形。

[0076] 粉体落下口29里，形成粉体层时，被平坦化辊子12集聚的剩余粉体20落下。粉体落下口29里落下的剩余粉体20被供给到粉体供给部内部。粉体供给部供给供给槽粉体。

[0077] 粉体供给装置(在图1没表示，粉体供给单元，图5的粉体供给装置554)，具有罐形状，配置在供给槽21上方。造形的初期动作时，或供给槽21的粉体量减少时，供给罐内的粉体给供给槽21。对于粉体供给的粉体运送方法，有以利用螺旋桨的螺旋传送方式，或以利用空气的空气输送方式。

[0078] 平坦化辊子12能从供给槽21到造形槽22转移和供给粉体，形成一定的厚度的粉体层31。

[0079] 这个平坦化辊子12是，比造形槽22和供给槽21内部的大小(粉体被供给的部分的宽度或者粉体已经装入过的部分的宽度)长的条状部件。平坦化辊子12由于上述反复移动机构25沿着台面方向(和台面平行的按箭头所指的Y方向)反复移动。

[0080] 平坦化辊子12一边由马达26被传动，一边以经过供给槽21和造形槽22的上面的方式，从供给槽21的外侧沿水平方向移动，以使得粉体20转送得供给到造形槽22上。

[0081] 如图3所示，粉体供给装置具备粉体排除板13。粉体排除板13是粉体排除部件，它接触着平坦化辊子12的周围，从平坦化辊子12排除平坦化辊子12附着的粉体20。

[0082] 粉体排除板13，一边接触着平坦化辊子12周围，一边跟平坦化辊子12一起移动。还有，粉体排除板13配置的方向是，以对平坦化辊子12进行平坦化时的转动方向相反的方向。

[0083] 在这个实施形态，造形部1的粉体槽11具有供给槽21和造形槽22的两个槽，但是可以将机构制作为只具有造形槽22(不具有粉体槽11)，把粉体从粉体供给装置供给到造形槽22，用平坦化部件平坦化造形槽22上的粉体。

[0084] 接着，参照图5来说明上述三维造形装置的控制部的概要。图5所示是控制部的模块图。

[0085] 控制部500具备主控制部500A。主控制部500A包括负责该三维造形装置全体的控制的CPU501，存储使得CPU501执行的程序和其他固定数据的ROM502，临时存储图像数据(打印数据)等的RAM503。

[0086] 控制部500具备装置的电源被切断期间也能用于保存数据的非挥发性存储器504。还有，控制部500具备以及用于对图像数据进行各种信号处理的图像处理或用于控制其他装置全体的输入输出信号进行处理的ASIC505。

[0087] 控制部500具有用于从外部的造形数据制作装置600接收造形数据时使用的数据和信号的传送接收的I/F506。这里，造形数据制作装置600被构成为个人计算机等的信息处理装置，制作造形数据。造形数据是，把造形物体的最终形态切成一层一层的造形层的薄片的数据。

[0088] 控制部500具备用于读入各种传感器群的检测信号的I/O507。

[0089] 控制部500具备喷头驱动控制部508。喷头驱动控制部508用于驱动和控制喷头单元51的各个喷头。

[0090] 控制部500具备马达驱动部510和马达驱动部512。马达驱动部510驱动X方向扫描马达550，X方向扫描马达550按箭头所指的X方向移动喷头单元51。马达驱动部512驱动Y方向扫描马达552，Y方向扫描马达552按箭头所指的Y方向移动造形单元5。

[0091] 控制部500具备：马达驱动部511，用于驱动Z方向升降马达551；以及Z方向升降马达551，用于按箭头所指的Z方向移动(升降)喷头单元51。这里，为了实现按箭头所指的Z方向的升降，可以采用使得造形单元5整体升降的机构。

[0092] 控制部500具备马达驱动部513和马达驱动部514。马达驱动部513驱动马达27，马达27升降供给台23。马达驱动部514驱动马达28，马达28升降造形台24。

[0093] 控制部500具备马达驱动部515和马达驱动部516。马达驱动部516驱动马达553，马达553转动和驱动平坦化辊子12。马达驱动部515驱动反复移动机构25的马达26，反复移动机构25移动平坦化辊子12。

[0094] 控制部500具备供给系驱动部517和清扫驱动部518。供给系驱动部517驱动粉体供给装置554，粉体供给装置554供给供给槽21粉体20。清扫驱动部518驱动清扫装置555，清扫装置555清扫(维持，恢复)喷头单元51。

[0095] 从温湿度传感器560来的检测信号和其他各种传感器群来的检测信号输入到控制部500的I/O507。

[0096] 对控制部500连接了操作面板522以使得输入和表示这个装置需要的信息。

[0097] 造形数据制作装置600提供的造形数据包含指示造形层30的密度比其他造形层30的密度小的部分的数据，在形成所述密度小的部分时，主控制部500A控制喷头50喷出的造型液10的液量以使得喷头50喷出的造形液10对粉体层31的浸透深度不达到一层的粉体层31的厚度，由此在层叠方向连续的两个造形层30之间形成层间空隙。

[0098] 造形数据制作装置600和立体造形装置(粉体层叠造形装置)601构成造形装置。

[0099] 下面，参照图6来说明造形的流程。图6是造形部1的模块断面说明图，用于说明造形的流程。

[0100] 如图6(a)所示地，造形槽22的造形台24上，形成了造形层30的第1层。在造形层30上形成下次的造形层30时，把供给槽21的供给台23按箭头所指的Z1方向上升，把造形槽22的造形台24按箭头所指的Z2方向下降。

[0101] 这时候，设定造形台24的下降距离以使得造形槽22的粉体层表面与平坦化辊子12的下部(下方的切线部)的间隔为Δt1。

[0102] 这个间隔Δt1相当于下次形成的粉体层31的厚度。间隔Δt1优选地从几μm到100μm左右。

[0103] 接下来，如图6(b)所示地，一边沿平坦化辊子12转动顺序方向(按箭头所指的方向)，一边沿比供给槽21的上面高的粉体20移动向Y2方向(造形槽22的方向)，使得粉体20转送供给到造形槽22(粉体供给)。

[0104] 然后，如图6(c)所示地，沿平坦化辊子12移动向造形槽22的造形台24的台面平行的方向，如图6(d)所示地，在造形台24的造形层30上，形成一定的厚度Δt1的粉体层31(平坦化)。

[0105] 形成粉体层31后，平坦化辊子12被移动向箭头所指的Y1方向，返回初始位置。

[0106] 这里，平坦化辊子12能够移动以保持与造形槽22和供给槽21的上面的高度一定的距离。因为平坦化辊子12能保持一定的距离移动，能够把粉体20运送到造形槽22上，即造形槽22上或者已经形成过的造形层30上，形成统一厚度Δt1的粉体层31。

[0107] 然后，如图6(e)所示地，从喷头单元51的喷头50喷出造形液10的液滴，来逐层形成下一次的造形层30(造形)。

[0108] 这里，造型层30是，比如由于从喷头50喷出的造形液10与粉体20混合起来，粉体20含有的黏着剂被造形液溶解，溶解的各个黏着剂结合起来，使得结合粉体20形成的。

[0109] 然后，反复上述粉体供给，平坦化工艺，用于喷头的造形液喷出工艺，而形成新的造形层。这时候，新的造型层和它的下层的造形层变成一体，构成三维造形物体的一部分。

[0110] 以后，通过需要的次数反复粉体的供给，平坦化工艺，喷头喷出造形液的造形液喷出工艺，而做完三维造形物体(立体造形物体)。

[0111] 然后，下面说明在上述三维造形装置使用的三维造形用粉体材料(粉体)和造形液的一个例子。另外，使用的粉体和造形液不局限于下面说明的粉体和造形液。

[0112] 三维造形用粉体材料具有基材和水溶性有机材料。水溶性有机材料以平均5nm-500nm的厚度包裹基材。水溶性有机材料，通过含水架桥剂作为造形液的作用，可以溶解和架桥。

[0113] 在这个三维造形用粉体材料，因为包裹基材的水溶性有机材料，通过含水架桥剂的作用，可以溶解和架桥，将架桥剂水溶液给水溶性有机材料时，水溶性有机材料溶解，同时以含水架桥剂含有的架桥剂的作用，架桥。

[0114] 因此，使用上述三维造形用粉体材料形成薄层(粉体层)，然后对于粉体层喷出作为造形液10的含水架桥剂。在粉体层31，通过溶解过的水溶性有机材料架桥，粉体层31结合硬化，而形成造形层30。

[0115] 这时候，包裹基材的水溶性有机材料的包裹量的平均厚度是5nm-500nm，水溶性有机材料溶解时，基材的周围只有必要的最小限度的水溶性有机材料存在，这些水溶性有机材料架桥，形成三维网络。结果，粉体层的硬化进行得具有良好的尺寸精度以及良好的强度。

[0116] 通过数次的上述操作，可以很简便又有效率地，而且进行烧结等之前不会变形地，形成具有良好的尺寸精度且复杂形状的三维造形物体。

[0117] 因为这样制造的三维造形物体具有良好的硬度，把它拿在手上时，或者用加气去掉剩余的三维造形用粉末材料时，也不会发生变形，很简便地继续进行烧结等处理。

[0118] 在上述的方法形成的三维造形物体里，因为基材高密度地(高填充率地)存在，水溶性有机材料只些微地存在基材之间的周围，架桥之后进行烧结，得到烧结体(三维造形物体)时，得到的坏块没有不需要的空隙等，能得到外观美丽的烧结体(三维造形物体)。

[0119] -基材-

[0120] 对于基材，只要具有粉末或者粒子的形态即可，没有特别的限制，能选择使用目的适当的基材。以基材的材质性能举例，比如，金属，陶瓷，碳，聚合物，木材，生物体亲和性材料等材料，但是从得到高强度的三维造形物体的观点，最好的是，最终烧结处理可能的金属，陶瓷等。

[0121] 金属，举一例，有不锈钢(SUS)，铁，铜，钛，银等适合。不锈钢(SUS)，的一例有SUS316L。

[0122] 陶瓷，举一例，有金属氧化物，具体的说，有二氧化硅(SiO2)，矾土(Al2O3)，二氧化锆(ZrO2)，二氧化钛(TiO2)等。

[0123] 碳，举一例，有石墨，石墨烯，碳纳米管，碳纳米喇叭，富勒烯等。

[0124] 聚合物，举一例，有水不溶性的公知的树脂。

[0125] 木材，举一例，有，木材碎片小片，纤维素等。

[0126] 生物体亲和性材料等材料，举一例，有聚乳酸，磷酸钙等。

[0127] 这样的材料可以一种单独使用，也可以二种以上并用。

[0128] 另外，本发明的基材，能用上述的材料形成的市场上出售的粒子或者粉末。市场上出售的粒子，举一例，有SUS316L(三阳特殊钢制，PSS316L)，SiO2(德山制，EXCELICA，SE-15)，AlO2(大明化学工业制，TAIMICRON，TM-5D),ZrO2(TOSOH制,TZ-B53)等。

[0129] 还有，为了提高基材和水溶性有机材料的亲和力，基材能通过表面(改质)处理。

[0130] -水溶性有机材料-

[0131] 水溶性有机材料，没有材料的限制，只要具有对水溶解的特点，并且由于架桥剂的作用能架桥即可。换句话说，只要具有水溶性和由于架桥剂的作用架桥可能的材料即可，没有材料的限制，能适当地选择使用目的对应的水溶性有机材料。

[0132] 这里，水溶性有机材料的＂水溶性＂意味着，把1g的水溶性有机材料混合水温30℃,100g的水，搅拌时，90质量％以上的水溶性有机材料溶解。

[0133] 理想的水溶性有机材料，4质量％(w/w％)水溶液的20℃时的粘度是40mPa.S以下，有1－35Pas的粘度。最好有5－30mPas的粘度。

[0134] 水溶性有机材料的粘度超过40mPa.S时，有的硬化物体(三维造形物体，烧结用(烧结前)硬化物体)，把含水架桥剂给三维造形用粉末材料形成的三维造形物体用粉末材料(粉体层)不够强度的可能性。然后，把这个硬化物体通过烧结等处理或者操作时，有发生变形问题的可能性。还有，有的硬化物体(三维造形物体，烧结用(烧结前)硬化物体)，把含水架桥剂给三维造形用粉末材料形成的三维造形物体用粉末材料(粉体层)不够尺寸精度的可能性。

[0135] 水溶性有机材料的粘度能测定根据日本标准JISK7117。

[0136] -含水架桥剂-

[0137] 作为造形液的含水架桥剂，如果水性媒质中含有架桥剂的话，没有材料的限制，能适当地选择对应使用目的的。另外，水性媒质，架桥剂以外，含水架桥剂能含有按照需要选择的其他成分。

[0138] 其他成分可以考虑各种条件适当地选择，比如把含水架桥剂给三维造形用粉末材料的手段的种类，使用频度，使用量等。如果，由于液体喷出法把含水架桥剂给三维造形用粉末材料的话，可以考虑对液体喷出喷头的喷嘴堵塞的影响，选择含水架桥剂。

[0139] 水性媒质，举一例，有水，乙醇等酒精，乙醚，酮等。但是最好是水。水性媒质的水能含有，酒精等一些水以外的成分。

[0140] 下面，本发明的第一实施方式有关三维造形物体制造方法进行说明。

[0141] 首先，参考图7乃至图10来说明本实施方式形成的粉体层和使用的粉体。

[0142] 本发明作为粉体20，使用含有SUS316的粉体(粉末)。具体的说明，使用上述的三阳特殊钢社制PSS316L(-20μm)(以下叫这个＂使用粉体＂)。

[0143] 然后，图8示出使用粉体的SEM照片，图9示出体积平均粒径的粒度分布，图10示出个数平均粒径的粒度分布。

[0144] 用于干式粒子径分布测定装置(比如日机装社制MICROTRAC系列等)测定体积平均粒径的粒度分布。这个使用粉体的体积平均粒径是约14μm。如图10示出，这个使用粉体具有较小粒径(10μm以下，或者7μm以下)的粉体的颗数多的特征。

[0145] 把该使用粉体供给上述三维造形装置的供给槽21，移送供给了造形层22，形成了一层厚度100μm的粉体层31。图7示出这时候的三层的粉体20的模型式表达的断面的样子。

[0146] 下面，参照图11及图14来说明借助于形成造形层之间的层间空隙(粉体密度比较低的领域)来造形造形层的一例。图11及图14是用来说明这个场合的模型说明图。

[0147] 首先，如图11示出，把造形液10的液滴100喷出到粉体层31上时，控制喷出液滴100的液量，以造形液10的对粉体层31的浸透深度D1不达到一层的粉体层31的厚度t(成为D1＜t)。这是，控制液滴100浸透到从粉体层的表面上深度D1的地方，停止在离粉体层31的下面只有ΔD1的距离的位置。

[0148] 这里，图11示出300×300dpi(相当于约85μm)的间隔形成的二维图像数据后，根据这个数据把液滴100喷出，附着粉体层31的表面的一例。

[0149] 这里，这样的滴量可以通过实验可以得到。这是，比如，玻璃基板上，100μm的厚度铺满粉体后，把液滴100附着粉体上。这时候，由于照相机从液滴附着的面相反的面观察，我们可以判断这个液滴是否浸透了100μm的厚度。所以，把液量变化地反复做这个实验，我们能得到不能浸透完100μm的厚度的滴量。我们实验时，这个液量是约200pl/滴，但是不限于这个液量。

[0150] 如上述说明，喷出浸透深度不达到粉体层的一层的厚度的液量的液滴时，如图12及图14模型地示出，由于液滴100的液体架桥力，发生粉体(粉末)的再排列。

[0151] 这是，如图12示出，通过液滴100喷出到粉体层31的粉体20里面，由于造形液10的液体架桥力，发生多个的粉体(粉末)20更靠近地再排列。

[0152] 结果，接触造形液10的领域的粉体密度增加，没接触造形液10的领域的粉体密度相对地降低。所以，如图12虚线示出的领域产生了层间空隙700。这里，层间空隙是，造形层和造形层之间的至少一部分形成的，所以不只限制层间的全部的领域存在的。

[0153] 把这时候的粉体层31成为第n层时，如图13示出，第n层的粉体层31上，形成第(n+1)层的粉体层31。同样，喷出浸透深度D1不达到粉体层31的一层的厚度t的液量的液滴100。
这样，如图14示出，第(n+1)层和第n层之间也产生了层间空隙700。

[0154] 这样，在三维造形物体里，对于要形成粒子密度低的部分，喷出浸透深度不达到粉体层的一层的厚度的液量的液滴而形成造形层。

[0155] 由此，在层叠方向连续的两个造形层30之间形成层间空隙700，以三维造形物体之内能够容易选择性地配置粒子密度低的领域。

[0156] 然后，参照图15及图18来说明造形层之间不形成层间空隙(粉体密度相当低的领域)而形成造形层的场合。这里，图15及图18是用于这说明的模块说明图。

[0157] 首先，如图15示出，对于粉体层31上，喷出造形液10的液体100时，控制喷头50喷出造型液10的液滴100具有液量以造形液10对于粉体层31的浸透深度D2超过一层的粉体层31的厚度(成为D2＞t)。总之，控制液滴100浸透到从粉体层的表面上深度D2的地方，达到只有ΔD2的距离超过粉体层31的下面的位置。

[0158] 这里，图15示出300×300dpi(相当于约85μm)的间隔形成的二维图像数据后，根据这个数据把液滴100喷出，附着粉体层31的表面的一例。

[0159] 这样的液量的测量方法是跟上述的方法一样，比如约240plpl/滴。

[0160] 但是这样的场合，下层没有造形层30时，如图16示出，通过液滴100喷出到粉体层31的粉体20里面，由于造形液10的液体架桥力，发生多个的粉体(粉末)20更靠近地再排列。

[0161] 结果，接触造形液10的领域的粉体密度增加，没接触造形液10的领域的粉体密度相对地降低。所以，如图16虚线示出的领域产生了层间空隙700。

[0162] 但是，图16的粉体层31的第n层上，如图17示出，形成第(n+1)层的粉体层31。对于第(n+1)层的粉体层31，喷出液滴100具有液量能够浸透深度只稍微超过粉体层31的一层的厚度t的液量的液滴100。这样，如图14示出，第(n+1)层和第n层之间也产生了层间空隙700。这样，因为第n层的造形液10和第(n+1)层的造形液10之间具有良好的亲和性，造形液合一化，能够形成很大的造形液存在领域。

[0163] 结果，如图18示出，在第n层的造形层30和第(n+1)层的造形液10的边界，层间空隙不形成。

[0164] 这里，参照图19来说明两个同径的球径粒子间作用的液体架桥力。

[0165] 液体的架桥力F是，比如据《粉粒体的表面化学和附着现象》(近泽正敏，武井孝，日本海水学会第41巻第4号(1987年))，可以用于下面(1)式表达。

[0166] F＝2πRoσ/(1+tanα/2)

[0167] 这里，Ro是粉体粒子径(粒径)，σ是液体的表面张力，α是图19示出的角度。

[0168] 一方，因为粒子的重量比例粒子径(粒径)Ro的立方，关于液体架桥力作用的粒子的移动，粒子越小越容易移动。另外，同一的液体的液量越多，因为数值α越大，所以液体架桥力越小。

[0169] 这里，图20示出形成了层间空隙的造形物体的SEM照片，图21示出以积极地不形成层间空隙的造形物体的SEM照片。

[0170] 还有，粉体的体积平均粒径都是同一的约14μm。在图20，层间可以容易地看得出来，但是在图21，层间不能明确的看得出来。还有，这个疏密分布的内部结构烧结后也被保持。

[0171] 这样，由此控制滴量而形成层间空隙，可以减小造形物体的重量。总之，在结构上不需要很大的强度的某一部分形成空隙，在结构上需要强度的某一部分不形成空隙。这样，可以同时保持造形物体整体需要的强度，减小造形物体的重量。

[0172] 还有，可以把造形物体的重量平衡靠近最终制品的重量平衡。总之，特别是在制造最终制品前的快速成型(rapid prototyping)用途等，有确认造形物体的操作性，重量平衡的用途。这时，最好造形物体的重量平衡靠近最终制品的重量平衡。

[0173] 还有，以前有这样问题，为了整体结构的一部分成为蜂巢结构，海绵结构，波形结构等，应该要把造形数据(STL格式等三维数据)本身要预先根据这样的结构改变。

[0174] 据本发明，造形数据本身不需要改变，只要改变液体的滴量就能够形成疏密，又同一的层内也能够变化密度。

[0175] 然后，说明关于本发明的第二实施形态的三维造形物体制造方法。

[0176] 如图22示出，本实施形态使用把粒径小的粉体120B和比粉体120B粒径大的粉体120A混合做的混合粉体120。就是，使用把中心粒径不同的至少两种粉体混合做的粉体。比如，上述把三阳特殊钢社制PSS316L(-10μm)和三阳特殊钢社制PSS316L(20-53μm)混合用。

[0177] 图22模式示出，用于这个混合粉体120来形成一层的厚度100μm的粉体层31时的粉体的样子。另外，如图23示出的这个混合粉体120的体积平均粒径的粒度分布，有存在两种的体积平均粒径的中心粒径。

[0178] 然后，在本实施形态也是，跟上述第一实施形态一样，把造形液10的液滴100喷出上粉体层31时，控制喷出液滴100的液量，以造形液10的对粉体层31的浸透深度D1不达到一层的粉体层31的厚度t(成为D1＜t)。这是，控制液滴100浸透到从粉体层的表面上深度D1的地方，停止在离粉体层31的下面只有ΔD1的距离的位置。

[0179] 以这样方式，能够形成层间空隙。图24示出这个场合的造形物体的SEM照片。图25是扩大图24的层间的SEM照片。

[0180] 这样，以使用不同粒径的混合粉体，根据上述液体架桥力F(1)式，比粒径大的粒子，粒径小的粒子明显发生由于液体架桥力的粒子移动。所以，形成逐层的层间空隙更容易。

[0181] 下面，参照图26和图27来说明关于本发明的三维造形物体的一例。图26是三维物体造形物体用于过滤器的斜视说明图，图27是图26的在面S1看的断面说明图。

[0182] 这个三维造形物体是，用于陶瓷粉体，使用本发明的制造方法制造三维造形物体，把这个三维造形物体适当的温度和环境之下烧结得到烧结体，成为流体过滤器801的。

[0183] 以使得在造形物体内部的一定的领域里，有选择性地形成层间空隙700，由此能够形成具有方向性和指向性的过滤器801。

[0184] 这时，把空隙700的某个领域形成地比造形物体的最外部有一点内侧，能够限制液体流的领域，还能够抑制流体从流体过滤器801流出去的现象于最小限度。

[0185] 下面，参照图28和图29来说明关于本发明的三维造形物体的其他的例子。图28是三维物体造形物体用于含有和浸透油的作用的轴承部件的斜视说明图，图29是图28的在面S2看的断面说明图流体。

[0186] 这个三维造形物体是，用于金属粉体，使用本发明的制造方法制造三维造形物体，把这个三维造形物体适当的温度和环境之下烧结得到烧结体，把这个烧结体的空隙里浸透油，成为含有油和浸透油的作用的轴承部件802。

[0187] 这里，还是把空隙700形成的领域比造形物体的最外廓有一点内侧，能够抑制油的流出。以选择性地把油偏在轴承部件802的滑动面，能够得到具有更好的滑动性和耐久力的轴承部件802。

[0188] 下面，参照图30和图31来说明关于三维造形装置的第二例。图30是三维造形装置的要部的斜视说明图，同样，图31是用于跟造形的流程一起说明的造形部的断面说明图。

[0189] 这个三维造形装置是粉体逐层造形装置。跟上述第一例的三维造形装置一样，具备造形部1和造形单元5。造形层30在造形部1通过结合粉体形成。造形单元5对造形部1喷出造形液10形成三维造形物体。

[0190] 造形部1具备只有造形槽22作为粉体层11，从粉体供给装置直接供给粉体给造形槽22。

[0191] 造形单元5具备喷头单元51，该喷头单元被导向部件54，54按箭头所指的X方向(主扫描方向)可反复移动地支持。

[0192] 另外，其他的构成是跟上述第一例的三维造形装置同样。

[0193] 在这个三维造形装置，如图31(a)示出，对于造形槽22的造形台24上供给的粉体20，以使得从喷头单元51的喷头50喷出造形液10的液滴，由此形成造形层30。

[0194] 这时，把喷头单元51主扫描方向移动为进行一扫描份的(一扫描领域份)造形。然后，反复地把造形单元5向副扫描方向(Y1方向)为一扫描份移动，进行下次的一扫描领域份的造形，以造形一层份的造形层30。

[0195] 这里，造形一层份的造形层30后，如图31(b)示出，造形单元5被还回移动到副扫描方向的上游侧。

[0196] 然后，为了在这个造形层30上，形成下次的造形层30，把造形槽22的造形台24一层的厚度份下降了箭头所指的Z2方向。

[0197] 接下来，如图31(b)示出，从粉体供给装置供给粉体到造形槽22。然后，一边把平坦化辊子12转动，一边把平坦化辊子12移动向Y2方向沿着造形槽22的造形台24的台面，在造形台24的造形层30上，形成了有一定的厚度的粉体层31(平坦化)。

[0198] 然后，从喷头单元51的喷头50喷出造形液10的液滴，来逐层形成下一次的造形层30。

[0199] 然后，反复上述粉体层31的形成和由于喷出造形液10粉体20的固化，依次工作而逐层造形三维造形物体。