本發(fā)明涉及制造三維結(jié)構(gòu)物的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法及其制造裝置。

背景技術(shù)：

下述的專利文獻1公開了三維結(jié)構(gòu)物的制造方法及其制造裝置的一個例子。

該專利文獻1公開了利用了使粘合劑附著在金屬粒子的表面的材料，由加熱裝置加熱該粘合劑而使其熔融、玻璃化，從而形成固體粉體層。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2015-81380號公報

在上述專利文獻1中，有關(guān)制造出的三維結(jié)構(gòu)物的內(nèi)部存在包含有機物的揮發(fā)成分的粘合劑殘留的問題，即、因該粘合劑的殘留而作為雜質(zhì)進入三維結(jié)構(gòu)物的內(nèi)部導(dǎo)致三維結(jié)構(gòu)物的特性或物性降低的問題還未記載或給出啟示。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于抑制在三維結(jié)構(gòu)物的內(nèi)部因殘留有機物導(dǎo)致純度降低，從而三維結(jié)構(gòu)物的特性或物性降低。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的第一方面的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法，其特征在于，具有：層形成工序，供給包含粉末和有機物的流動性組合物來形成單位層；有機物除去工序，對所述單位層進行除去所述有機物的處理；以及能量施加工序，對經(jīng)過所述有機物除去工序后的所述單位層施加能量而形成熔融層或燒結(jié)層，在所述三維結(jié)構(gòu)物的制造方法中，針對所述熔融層或所述燒結(jié)層，根據(jù)所需在層疊方向上重復(fù)所述層形成工序、所述有機物除去工序及所述能量施加工序。

在此，“粉末”即可以是金屬粉末、陶瓷粉末中的任一個，還可以為這些的混合物。另外，還包含粒徑大的粒狀物與粒徑小的粉狀物的混合物。

另外，所謂“三維結(jié)構(gòu)物”不限于在層疊方向?qū)盈B有多個具有預(yù)定的厚度的單位層的立體的結(jié)構(gòu)物，還包括僅設(shè)有一個具有預(yù)定的厚度的單位層的平面的結(jié)構(gòu)物。因此，“根據(jù)所需，在層疊方向上重復(fù)…”是指在制作上述立體的結(jié)構(gòu)物的情況下重復(fù)，在制造上述平面的結(jié)構(gòu)物的情況下不重復(fù)。

另外，所謂“除去有機物的處理”是指能夠從單位層除去單位層中的有機物的處理即可，并不限定于特定的處理。即，從表面?zhèn)然驈谋趁鎮(zhèn)戎械闹辽僖环较騿挝粚蛹訜岫サ奶幚碇?，還包括如下處理：施加氣流，成為減壓環(huán)境，或者組合這兩種以上的處理來除去有機物。

根據(jù)本方面，由于具有：有機物除去工序，對所述單位層進行除去所述有機物的處理、以及能量施加工序，對經(jīng)過所述有機物除去工序后的所述單位層施加能量形成熔融層或燒結(jié)層，因此能夠抑制在三維結(jié)構(gòu)物的內(nèi)部或表面因殘留有機物而導(dǎo)致三維結(jié)構(gòu)物的特性的降低。

本發(fā)明的第二方面的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法，其特征在于，在第一方面中，所述流動性組合物中的有機物為溶劑，所述有機物除去工序具有使所述溶劑氣化而除去的工序。

在此，“氣化溶劑”中的“氣化”并不限于施加熱量的氣化，還包括通過減壓的氣化、在減壓環(huán)境下施加熱量的氣化。

另外，作為溶劑的種類，優(yōu)選由沸點從70℃到300℃左右的溶劑中選擇。在70℃以下的溶劑中，流動性組合物因過于易干燥而難以進行層形成，另外，在高于300℃的高溫溶劑中，氣化需要的能量過大。

根據(jù)本方面，所述有機物除去工序使所述溶劑氣化而除去。因此，能夠比較容易地除去流動性組合物中所包含的有機物。本方面對揮發(fā)性高的有機物尤其有效。

本發(fā)明的第三方面的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法，其特征在于，在第一方面中，所述流動性組合物中的有機物包括溶劑和粘合劑，所述有機物除去工序具有施加能夠除去所述粘合劑的能量而進行除去的工序。

在此，施加于粘合劑的“能量”除了通過激光或紅外線而熱量之外還包括包含紫外線的電磁波能量。作為紅外線的施加單元，列舉出了鹵素加熱器或石墨加熱器等。

另外，“能夠除去粘合劑的能量”是指根據(jù)粘合劑的種類而確定，但從避免施加過大的能量的觀點出發(fā)優(yōu)選使用在500℃以下的溫度分解的粘合劑。另外，由此一來，“能夠除去粘合劑的能量”還易于具體地確定。

根據(jù)本方面，所述有機物除去工序施加能夠除去所述粘合劑的能量而進行除去。因此，即使在流動性組合物中包含溶劑之外的比溶劑沸點高的粘合劑，也能夠有效地除去該粘合劑。

此外，本方面可以是作為前一工序進行單位層中的溶劑的除去之后，作為后一工序進行粘合劑的除去的方法，也可以是同時進行溶劑的除去和粘合劑的除去的方法。

本發(fā)明的第四方面的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法，其特征在于，在第三方面中，分多個階段施加能夠除去所述粘合劑的能量，并且，先施加的能量的級別低于之后施加的能量的級別。

根據(jù)本方面，多個階段施加能夠除去所述粘合劑的能量，先施加的能量低于之后施加的能量級別，因此，能夠逐漸且階段性地除去粘合劑，降低粘合劑殘留的風險。

本發(fā)明的第五方面的三維結(jié)構(gòu)物的構(gòu)造方法，其特征在于，在第三方面中，對所述單位層的同一區(qū)域照射至少兩次激光，通過從所述有機物的除去處理階段性地轉(zhuǎn)移至所述熔融層或所述燒結(jié)層的形成處理來執(zhí)行所述有機物除去工序和所述能量施加工序。

根據(jù)本方面，對所述單位層的同一區(qū)域照射至少兩次激光，通過從所述有機物的除去處理階段性地轉(zhuǎn)移至所述熔融層或燒結(jié)層的形成處理，因此能夠通過先施加的低級別至中級別的能量而進行流動性組合物中所包含的溶劑和粘合劑(有機物)的除去，通過之后施加的高級別的能量，進行流動性組合物中所包含的粉末的燒成或熔融。因此，通過改變激光的輸出，能夠連續(xù)性進行有機物除去工序和能量施加工序。

另外，所謂“照射至少兩次激光”是指施加中級別的能量之后為施加高級別的能量的處理即可，并不限定特定的能量施加條件。即，還包括中級別的能量施加后，不關(guān)閉激光而瞬間地變更為高級別的能量，或者階段性地向高級別增高等的處理。

本發(fā)明的第六方面的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法，其特征在于，從第一方面到第五方面中的任一方面中，所述有機物除去工序與所述能量施加工序中的至少一方在加壓環(huán)境下進行。

根據(jù)本方面，由于所述有機物除去工序和能量施加工序中的至少一方在減壓環(huán)境下進行，因此，能夠以更低的加熱溫度對有機物進行干燥、氣化而除去，從而使有機物的除去更加容易。

本發(fā)明的第七方面的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法，從第一方面到第六方面中的任一方面中，所述有機物除去工序與所述能量施加工序中的至少一方在不活潑氣體環(huán)境下進行。

根據(jù)本方面，由于所述有機物除去工序與能量施加工序中的至少一方在不活潑氣體環(huán)境下進行，因此，能夠降低粉體氧化而氧等成分進入三維結(jié)構(gòu)物的內(nèi)部的風險。

本發(fā)明的第八方面的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法，其特征在于，從第一方面到第七方面中的任一方面中，吸引由所述能量施加工序所產(chǎn)生的煙塵。

根據(jù)本方面，由于能夠吸引而除去在所述能量施加工序所產(chǎn)生的煙塵，因此，能夠降低煙塵中所包含的碳等的有機物附著于三維結(jié)構(gòu)物的表面，或者降低進入三維結(jié)構(gòu)物的內(nèi)部的風險。

本發(fā)明的第九方面的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法，其特征在于，從第一方面到第八方面中的任一方面中，所述層形成工序在減壓環(huán)境下進行。

根據(jù)本方面，由于所述層形成工序在減壓氣氛下進行，因此，在所述單位層的形成中還能夠以更低的溫度使有機物干燥、氣化而除去。

本發(fā)明的第十方面的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法，其特征在于，從第一方面到第九方面中的任一方面中，所述層形成工序與有機物除去工序在不同區(qū)域進行。

根據(jù)本方面，由于在不同區(qū)域進行所述單位層的形成和有機物的除去，因此，能夠降低曾除去的有機物再次附著于單位層的表面的風險。

本發(fā)明的第十一方面的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法，其特征在于，從第一方面的到第十方面中的任一方面中，所述層形成工序具有：第一材料層形成工序，形成對應(yīng)于三維結(jié)構(gòu)物的第一材料層，以及支撐層形成工序，形成支撐所述第一材料層的支撐層。

根據(jù)本方面，所述層形成工序由于具有形成對應(yīng)于三維結(jié)構(gòu)物的第一材料層的第一材料層形成工序、以及支撐所述第一材料層的支撐層的支撐層形成工序，因此，通過由所述支撐層保持所述第一材料層而能夠?qū)?yīng)于三維結(jié)構(gòu)物的各種形狀。

本發(fā)明的第十二方面的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法，其特征在于，第十一方面中，所述第一材料層包含鎂、鐵、銅、鈷、鈦、鉻、鎳、馬氏體時效鋼、不銹鋼、鈷鉻鉬、鈦合金、鎳合金、鋁合金、鈷合金、鈷鉻合金中的至少一種作為所述粉末。

根據(jù)本方面，能夠減少所制造的三維結(jié)構(gòu)物中殘留的有機物的量，提高上述金屬粉末的三維結(jié)構(gòu)物的純度。

本發(fā)明的第十三方面的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法，其特征在于，第十一方面或第十二方面中，所述支撐層包含氧化鋁、陶瓷中的至少一種作為所述粉末。

根據(jù)本方面，向第一材料層施加能量形成熔融層或燒結(jié)層后，分解而除去支撐層的工作變得容易，能夠有效地制造有機物殘留量少而純度高的三維結(jié)構(gòu)物。

本發(fā)明的第十四方面的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置，其特征在于，具備：層形成部，使用包含粉末和有機物的流動性組合物形成單位層；有機物除去部，對所述單位層進行除去所述有機物的處理；以及能量施加部，對進行了除去所述有機物的處理后的所述單位層施加能量，形成熔融層或燒結(jié)層。

根據(jù)本方面，能夠得到與第一方面相同的效果。

本發(fā)明的第十五方面的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置，其特征在于，第十四方面中，還具備容納所述層形成部的第一室，以及容納所述有機物除去部的第二室。

根據(jù)本方面，能夠得到與第十方面同樣的效果。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的實施方式一的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置的整體構(gòu)成的概要的主視圖。

圖2是表示本發(fā)明的實施方式一的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置的第一室內(nèi)的主視圖。

圖3是表示本發(fā)明的實施方式一的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置的第一室內(nèi)的主要部分的主視圖。

圖4是表示本發(fā)明的實施方式一的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置的第二室內(nèi)的主視圖。

圖5是表示本發(fā)明的實施方式一的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置的第二室內(nèi)的主要部分的主視圖。

圖6是示意性表示本發(fā)明的實施方式二的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法的說明圖。

圖7是示意性表示本發(fā)明的實施方式二的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法的層形成工序的其它方式的說明圖。

圖8是示意性表示本發(fā)明的實施方式三的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法的說明圖。

圖9是示意性表示本發(fā)明的實施方式四的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法的說明圖。

圖10是示意性表示本發(fā)明的實施方式五的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法的說明圖。

圖11是示意性表示本發(fā)明的實施方式六的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法的說明圖。

圖12是示意性表示本發(fā)明的實施方式七的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法的說明圖。

圖13是示意性表示本發(fā)明的實施方式八的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法的說明圖。

圖14是示意性表示本發(fā)明的實施方式九的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法的說明圖。

圖15是表示本發(fā)明的實施方式十的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置的第一室內(nèi)的主視圖。

圖16是表示本發(fā)明的其它實施方式的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置的整體構(gòu)成的概要的主視圖。

符號說明

1三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置、3工作臺、5噴吐頭、7加熱部、

8紫外線照射部、9光束照射部、10驅(qū)動部、11控制部、

13底板(層形成區(qū)域)、15升降驅(qū)動部、17原料供給單元、

19供給管、21第一驅(qū)動裝置、23支撐架、

25第二導(dǎo)軌、27移動架、29第一導(dǎo)軌、

31第一滑動塊、32滑架、33第一致動器、

35第二驅(qū)動裝置、37第二滑動塊、39第二致動器、

41有機物、43激光振蕩器、45熔融層、47燒結(jié)層、49層形成部、

50有機物除去部、51能量施加部、53安裝基底、

55工業(yè)用機械裝置、57機械臂、59機械臂、

61第一室、61a開口、62第二室、62a開口、

63第三室、65往復(fù)移動部、67閘門、

70空隙部、71往復(fù)移動基板、

72設(shè)置面、73導(dǎo)軌、74第三致動器、

75第四致動器、77第一材料層、79支撐層、81減壓裝置、

83不活潑氣體填充裝置、85吸引裝置、87熔融爐、89燒結(jié)爐、

p1層形成工序、p11第一材料層形成工序、p12支撐層形成工序、

p2有機物除去工序、p3能量施加工序、

l流動性組合物、a粉末(金屬等)、b粉末(陶瓷等)、u溶劑、

v粘合劑、d單位層、e激光(能量)、m三維結(jié)構(gòu)物、

x寬度方向、y縱深方向、z層疊方向、h煙塵

具體實施方式

以下，參照附圖詳細地說明本發(fā)明的實施方式的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法及其制造裝置。

此外，在以下的說明中，首先以實施方式一的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置為例，說明本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置的整體構(gòu)成的概要。然后，說明實施方式一的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置的具體構(gòu)成，接著，將通過使用實施方式一的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置來執(zhí)行本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法來作為實施方式二進行具體地說明。

接下來，以與實施方式二之間的差異為中心，依次說明從與實施方式二局部構(gòu)成不同的實施方式三到實施方式九的七個實施方式，。

而且，在此之后，以與實施方式一之間的差異為中心對與實施方式一局部構(gòu)成不同的實施方式十的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置的構(gòu)成進行說明。

并且，最后對與從實施方式一到實施方式九的各實施方式局部構(gòu)成不同的本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法及其制造裝置的其它實施方式進行說明。

實施方式一(參照圖1～圖5、圖6)

(1)三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置的整體構(gòu)成的概要(參照圖1)

如圖所示本實施方式的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置1a是如下裝置，通過噴吐到工作臺3上的流動性組合物l而形成單位層d，將該單位層d中所包含的有機物41(圖6)除去之后，通過對該單位層d施加能量e來形成熔融層45或燒結(jié)層47(圖6)，從而制造三維結(jié)構(gòu)物m。此外，在通常情況下根據(jù)所需通過在層疊方向z上以預(yù)定次數(shù)重復(fù)所述操作，從而制造層疊多個層d的層疊構(gòu)造的三維結(jié)構(gòu)物m。

如圖1所示，基本上通過具備：層形成部49，使用包含粉末a和有機物41(圖6)的流動性組合物l來形成單位層d；有機物除去部50，對形成的單位層d進行除去有機物41的處理；以及能量施加部51，對在進行了除去有機物41的處理后的單位層d施加能量e，形成熔融層45或燒結(jié)層47，從而構(gòu)成本實施方式的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置1a。

并且，在本實施方式中，設(shè)置有容納層形成部49的第一室61、以及容納有機物除去部50的第二室62。并且，設(shè)置有往復(fù)移動部65和閘門67，往復(fù)移動部65以使所述工作臺3與支撐該工作臺3的各個支撐架23在第一室61和第二室62之間能夠往復(fù)，閘門67設(shè)置在所述第一室61和第二室62之間。

(2)三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置的具體構(gòu)成(參照圖1～圖5)

工作臺3作為一個例子是噴吐流動性組合物l而形成單位層d的部件，在其上表面設(shè)置作為層形成區(qū)域的一個例子的平板狀的底板13。另外，工作臺3構(gòu)成為如上所述由支撐架23支撐，通過設(shè)置在該支撐架23的下部的往復(fù)移動基板71而能夠以可來回于在第一室61和第二室62之間的預(yù)定沖程來往復(fù)移動。

往復(fù)移動基板71由敷設(shè)于第一室61和第二室62的設(shè)置面72的導(dǎo)軌73引導(dǎo)，接受由第三致動器74產(chǎn)生的驅(qū)動力，從而沿所述導(dǎo)軌73往復(fù)移動所述預(yù)定沖程(stroke)。然后，由往復(fù)移動基板71、導(dǎo)軌73、以及第三致動器74構(gòu)成上述的往復(fù)移動部65。

另外，閘門67構(gòu)成為通過第四致動器75，使與工作臺3為一體的支撐架23和往復(fù)移動基板71在第一室61和第二室62之間能夠移動的預(yù)定沖程，在層疊方向z的上下方向上移動，從而能夠開閉兩室61、62間的開口61a、62a。

而且，工作臺3構(gòu)成為通過作為驅(qū)動部10的構(gòu)成部件之一的升降驅(qū)動部15，能夠在層疊方向z的上下方向上移動三維結(jié)構(gòu)物m的形成所需的預(yù)定沖程。

層形成部49作為一個例子具備向底板13上噴吐流動性組合物l的噴吐頭5。然后，從原料供給單元17經(jīng)由供給管19，向該噴吐頭5供給流動性組合物l，從噴吐頭5所具備的噴嘴向底板13上的預(yù)定的位置噴吐流動性組合物l。

另外，在本實施方式中，作為驅(qū)動部10的其它構(gòu)成部件，作為一個例子采用了具備兩根機械臂57、59的雙腕多關(guān)節(jié)式的機械裝置55，噴吐頭5支撐后述的光束照射部9(9a、9b)并被機械臂57、59的前端部所支撐，構(gòu)成為能夠在由附圖中作為左右方向的寬度方向x、附圖中作為紙面表里方向的縱深方向y和附圖中作為上下方向的層疊方向z構(gòu)成的三維方向x、y、z上移動。

有機物除去部50作為一個例子構(gòu)成為在第二室62內(nèi)具備作為一個例子而設(shè)置為固定狀態(tài)的加熱部7、以及構(gòu)成為固定狀態(tài)或作為一個例子而能夠向縱深方向y移動的紫外線照射部8。

此外，作為加熱部7，構(gòu)成為作為一個例子，能夠采用照射紅外線而加熱作為加熱對象的單位層d的鹵素加熱器或碳素加熱器等，從紫外線照射部8能夠照射包含紫外線的各種波長的電磁波中的一個或多個。

另外，作為能夠通過有機物除去部50除去的有機物41是流動性組合物l中所包含的溶劑u或粘合劑v。

在此，作為本實施方式的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置1a中能夠使用的作為原料的、包含粉末a和有機物41的流動性組合物l，作為一個例子能夠應(yīng)用金屬粉末a、溶劑u和粘合劑v的組合物。

作為金屬粉末，能夠使用各種金屬或金屬化合物等的粒狀或粉末狀的粒子。具體而言。能夠使用鋁、鈦、鐵、銅、鎂、不銹鋼、馬氏體時效鋼等各種金屬，硅、氧化鋁、氧化鈦、氧化鋅、氧化硅、氧化錫、氧化鎂、鈦酸鉀等各種金屬氧化物，氫氧化鎂、氫氧化鋁、氫氧化鈣等的各種金屬氫氧化物，氮化硅、氮化鈦、氮化鋁等各種金屬氮化物，碳化硅、碳化鈦、氮化鋁等各種金屬氮化物、碳化硅、碳化鈦等各種金屬碳化物、硫化鋅等各種金屬硫化物、碳酸鈣、碳酸鎂等各種金屬碳酸鹽，硫酸鈣、硫酸鎂等各種金屬硫酸鹽，硅酸鈣、硅酸鎂等各種金屬硅酸鹽，磷酸鈣等各種金屬磷酸鹽，硼酸鋁、硼酸鎂等各種金屬硼酸鹽、或它們的復(fù)合化合物等、石膏(硫酸鈣的各水合物、硫酸鈣的無水物)等粉末。

作為有機物的溶劑或分散劑，可以舉出例如：甲醇、乙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、辛醇、乙二醇、二甘醇、甘油等酒精類、乙二醇單甲基醚(甲基纖維素)等醚類(溶纖劑類)、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲酸乙酯等酯類、丙酮、甲基乙基酮、二乙基酮、甲基異丁基酮、甲基異丙基酮、環(huán)己酮等酮類、戊烷、己烷、辛烷等脂肪族碳化氫類、環(huán)己烷、甲基環(huán)己烷等環(huán)式碳化氫類、苯、甲苯、二甲苯、乙基苯、庚苯、辛基苯、壬基苯、癸苯、十一苯、十二烷基苯、十三烷基苯、十四烷基苯等具有長鏈烷基和苯環(huán)的芳香族碳化氫類、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、1，2-二氯乙烷等鹵化碳化氫類、包含吡啶、吡嗪、呋喃、吡咯、噻吩、甲基吡咯烷酮中的任一個的芳香族雜環(huán)類、乙腈、丙腈、丙烯腈等腈類、n，n-二甲基酰胺，n，n-二甲基乙酰胺等酰胺類、羧酸鹽或者其它各種油類等。

作為粘合劑，可溶于上述溶劑或分散劑即可，但并未限定于此。例如，能夠使用丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、纖維素系樹脂、合成樹脂等。另外，例如也能夠使用pla(聚乳酸)、pa(聚酰胺)、pps(聚苯硫醚)等熱可塑性樹脂。

另外，也可以不是以可溶狀態(tài)而以上述丙烯酸樹脂等樹脂的微小的粒子的狀態(tài)分散到上述溶劑或分散介質(zhì)中。

作為能量施加部51，能夠作為一個例子應(yīng)用對于除去有機物41的單位層d照射能量e的一個例子的激光的光束照射部9，根據(jù)由后述的控制部11發(fā)送的控制信號，接受由激光振蕩器43振蕩的預(yù)定輸出的激光的供給，照射作為能量束的激光e。

此外，作為本實施方式中使用的激光，并未特別的限定，光纖激光、或二氧化碳激光由于具有波長較長、金屬的吸收效率高的優(yōu)點而能夠作為優(yōu)選的激光使用。

并且，在圖示的實施方式中，該光束照射部9與噴吐頭5設(shè)置為兩組，其中一組光束照射部9a與噴吐頭5a用于使用包含金屬等的粉末a的流動性組合物l1形成第一材料層77，作為一個例子，附圖中由設(shè)置于朝向左側(cè)的機械臂57的可反轉(zhuǎn)的安裝基底53l而保持。

另外，另一組光束照射部9b與噴吐頭5b用于使用包含陶瓷等的粉末b的流動性組合物l2形成支撐層79，作為一個例子，附圖中由設(shè)置于朝向右側(cè)的機械臂59的可反轉(zhuǎn)的安裝基底53r而保持。

另外，作為一個例子，第一室61和第二室62通過兼?zhèn)涿芊庑院湍蛪盒缘臍んw而構(gòu)成，使得還能夠?qū)?yīng)于減壓環(huán)境中的使用，構(gòu)成為能夠經(jīng)由閘門67切換將各個室61、62內(nèi)的空間連通或劃分的狀態(tài)。

此外，本實施方式的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置1a具備：驅(qū)動部10，作為一個例子而由使所述兩組的噴吐頭5a及光束照射部9a、噴吐頭5b及光束照射部9b、工作臺3的相對位置沿三維方向x、y、z上移動的升降驅(qū)動部15和機械裝置55構(gòu)成；控制部11，控制所述兩組的噴吐頭5a及光束照射部9a、噴吐頭5b及光束照射部9b、驅(qū)動部10、往復(fù)移動部65、以及閘門67的各種動作。

實施方式二(參照圖6及圖7)

實施方式二的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法是通過使用上述實施方式一的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置1a而執(zhí)行的制造方法。

具體而言，通過具有層形成工序p1、有機物除去工序p2、能量施加工序p3，基本上構(gòu)成本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法。而且，在本實施方式中，通過根據(jù)所需在層疊方向z上重復(fù)層形成工序p1、有機物除去工序p2及能量施加工序p3，構(gòu)成為能夠制造僅通過一塊單位層d而構(gòu)成的平面三維結(jié)構(gòu)物m與層疊多塊單位層d構(gòu)成的立體三維結(jié)構(gòu)物m兩種。以下，與三維結(jié)構(gòu)物m的制造過程同時，具體說明這些工序的內(nèi)容。

(1)層形成工序

層形成工序p1是供給包含粉末a和有機物41的流動性組合物l來形成單位層d的工序。

即，根據(jù)所需驅(qū)動往復(fù)移動部65的第三致動器74，使往復(fù)移動基板71移動來使工作臺3位于第一室61內(nèi)，驅(qū)動第四致動器75來使閘門67轉(zhuǎn)移至下方來使第一室61的開口61a為閉塞狀態(tài)。

接著，驅(qū)動升降驅(qū)動部15，使工作臺3在層疊方向z移動，以使工作臺3的高度為最初形成的單位層d的形成高度。接下來，驅(qū)動機械臂57，使噴吐頭5a轉(zhuǎn)移至開始三維結(jié)構(gòu)物m的制造的原點位置。

接著，根據(jù)所需使安裝基底53l反轉(zhuǎn)，配置為噴吐頭5a位于安裝基底53l從所述原點位置移動的方向的前方，從噴吐頭5a以預(yù)定的噴吐量和噴吐定時噴吐流動性組合物l，例如沿寬度方向x形成第一條噴吐物線。

另外，優(yōu)選在該噴吐物線的形成之前，預(yù)先使底板13升溫。順便說一下，在預(yù)先使底板13升溫的情況下，能夠降低從噴吐頭5a噴吐的流動性組合物l因接觸于低溫度的底板13而產(chǎn)生流動性的降低或成為半固化狀態(tài)等特性的變化。

順便說一下，為了實現(xiàn)流動性組合物l的良好地噴吐，優(yōu)選作為有機物41的溶劑u和粘合劑v含有15wt％以上，為了實現(xiàn)更穩(wěn)定的流動性組合物l的噴吐，優(yōu)選含有20wt％以上。

然后，在這樣形成第一條噴吐物線后，使噴吐頭5a以預(yù)定間距，例如向縱深方向y移動。另外，根據(jù)所需，使安裝基底53l反轉(zhuǎn)后，驅(qū)動機械臂57，邊使該安裝基底53l向形成第一條噴吐物線l時的相同方向或相反方向移動，邊從噴吐頭5a噴吐流動性組合物l，從而形成第二條噴吐物線。

然后，根據(jù)所需，以預(yù)定次數(shù)重復(fù)同樣的操作，在層疊方向z依次形成單位層d。

另外，層形成工序p1能夠構(gòu)成為具有第一材料層形成工序p11以及支撐層形成工序p12兩個工序，第一材料層形成工序p11形成圖7所示的最終成為三維結(jié)構(gòu)物m的一部分的第一材料層77，支撐層形成工序p12形成支撐所述第一材料層77的支撐層79。

在這種情況下，例如，驅(qū)動最初朝向右側(cè)的機械臂59，從安裝在其前端的安裝基底53r的噴吐頭5b噴吐包含粉末b的流動性組合物l2，在底板13上形成支撐層79。接著，驅(qū)動最初朝向左側(cè)的機械臂57，從安裝在其前端的安裝基底53l的噴吐頭5a噴吐包含粉末a的流動性組合物l1，填充所述形成的支撐層79的空隙部70，在底板13上形成第一材料層77。

此外，作為形成第一材料層77的流動性組合物l1中所包含的粉末a，作為一個例子能夠應(yīng)用金屬粉末，能夠應(yīng)用包含鎂、鐵、銅、鈷、鈦、鉻、鎳、馬氏體時效鋼、不銹鋼、鈷鉻鉬、鈦合金、鎳合金、鋁合金、鈷合金、鈷鉻合金中的至少一種的金屬粉末。

另外，作為形成支撐層79的流動性組合物l2中所包含的粉末b，作為一個例子能夠應(yīng)用包含氧化鋁或陶瓷中的至少一種的粉末。

(2)有機物除去工序

有機物除去工序p2是對所述形成的單位層d進行除去該單位層d中所包含的有機物41的處理的工序。

在這種情況下，驅(qū)動第四致動器75，使閘門67向上方移動，使第一室61的開口61a和第二室62的開口62a為開放的狀態(tài)。接著，驅(qū)動往復(fù)移動部65的第三致動器74，使往復(fù)移動基板71移動來使工作臺3位于第二室62內(nèi)。而且，再次驅(qū)動第四致動器75，使閘門67向下方移動，閉塞第一室61的開口61a和第二室62的開口62a，從而第二室62為密閉狀態(tài)。

在該狀態(tài)下，啟動加熱部7和紫外線照射部8，將底板13上具有的單位層d加熱到預(yù)定的溫度。然后，在此加熱的加熱對象是流動性組合物l中所包含的有機物41的溶劑u的情況下，以根據(jù)溶劑的種類確定的70℃以上、300℃以下的溫度加熱，使其氣化。

作為溶劑u的種類，優(yōu)選從沸點從70℃到300℃左右的溶劑中選擇。沸點為70℃以下的溶劑，流動性組合物l過于容易干燥而難以形成層，因在噴吐頭5a的噴嘴附近產(chǎn)生流動性組合物l的固化，從而引起噴嘴阻塞，因此并不優(yōu)選。并且，沸點高于300℃的高溫溶劑，氣化所需的能量過大。

而且，加熱的對象是流動性組合物l中所包含的有機物41的粘合劑v的情況下，以根據(jù)粘合劑v的種類確定的500℃以下的溫度加熱，使粘合劑v分解。

能夠除去粘合劑v的能量如上所述通過粘合劑v的種類而確定，但從避免施加過大的能量的觀點出發(fā)優(yōu)選使用在500℃以下的溫度分解的粘合劑。并且，由此，能夠除去粘合劑的能量也能具體地確定。

(3)能量施加工序

能量施加工序p3是對經(jīng)過有機物除去工序p2的單位層d施加能量e來形成熔融層45或燒結(jié)層47的工序。

順便一提，在本實施方式中，對除去了有機物41的粉體a，從光束照射部9a照射高輸出的激光e，熔融或燒結(jié)該粉體a，形成熔融層45或燒結(jié)層47。然后，根據(jù)所需在作為熔融層45或燒結(jié)層47的第一層的該單位層d上通過所述三個工序p1、p2、p3形成同樣的單位層d，進行層疊，從而制造三維結(jié)構(gòu)物m。

然后，這樣構(gòu)成的實施方式一的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置1a和通過使用該三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置1a執(zhí)行的本實施方式的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法，能夠防止因所制造的三維結(jié)構(gòu)物m的內(nèi)部或表面殘留有機物41而導(dǎo)致的三維結(jié)構(gòu)物m的純度降低導(dǎo)致機械性、物理性、化學性的特性或物性的降低，有效地發(fā)現(xiàn)所制造的三維結(jié)構(gòu)物m本來具有的特性和物性。

實施方式三(參照圖8)

實施方式三的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法是在流動性組合物l中所包含的有機物41中，作為除去粘合劑v的有機物除去部50，是兼用在能量施加工序p3中使用的光束照射部9的實施方式。

因此，關(guān)于層形成工序p1和能量施加工序p3的內(nèi)容，與實施方式2相同，因此省略此處的說明，關(guān)于與實施方式2不同的有機物除去工序p2的內(nèi)容進行說明。

即，在本實施方式中，有機物除去工序p2中，與實施方式二同樣地使用加熱部7和紫外線照射部8進行流動性組合物l中所包含的有機物41中溶劑u的除去，通過調(diào)整在下一工序的能量施加工序p3使用的光束照射部9a的輸出，兼作流動性組合物l中所包含的有機物41中粘合劑v的除去而使用。

而且，通過這樣構(gòu)成的本實施方式的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法，也發(fā)揮和上述的實施方式2的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法相同的作用、效果。并且，本實施方式能夠有效地除去沸點低的溶劑u和沸點高的粘合劑v兩者。

實施方式四(參照圖9)

實施方式四的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法是在實施方式三的有機物除去工序p2中將除去有機物41的粘合劑v的工序而且劃分為兩個工序的實施方式。

因此，關(guān)于層形成工序p1和能量施加工序p3的內(nèi)容，與實施方式2相同，有機物除去工序p2的基本內(nèi)容與實施方式三相同，因此省略此處的說明，關(guān)于與所述實施方式3不同的有機物除去工序p2的內(nèi)容進行說明。

即，在本實施方式中，分多個階段施加改變用于除去作為有機物41的粘合劑v的激光e輸出，先施加的激光e1的輸出設(shè)定為輸出的級別低于之后施加激光e2的輸出的較小的輸出。

然后，通過這樣構(gòu)成的本實施方式的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法，也發(fā)揮和實施方式二、實施方式三的各個三維結(jié)構(gòu)物的制造方法相同的作用、效果。并且，根據(jù)本實施方式，先供給的能量e比之后供給的能量e級別低，因此，能夠逐漸地且階段性地除去粘合劑v，降低粘合劑v殘留的風險。

實施方式五(參照圖10)

實施方式五的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法是在實施方式三的有機物除去工序p2中，與粘合劑v相同使用光束照射部9a進行使用加熱部7和紫外線照射部8的、除去作為有機物41的溶劑u的實施方式。

因此，關(guān)于層形成工序p1和能量施加工序p3的內(nèi)容，與實施方式二相同，有機物除去工序p2的基本內(nèi)容與實施方式三相同，因此省略此處的說明，關(guān)于與所述實施方式三不同的有機物除去工序p2的內(nèi)容進行說明。

即，在本實施方式中，構(gòu)成為對在層形成工序p1中形成的單位層d的相同區(qū)域照射至少兩次激光e，通過由有機物41的除去處理階段性地轉(zhuǎn)移到熔融層45或燒結(jié)層47的形成處理，執(zhí)行有機物除去工序p2和能量施加工序p3。

具體而言，將激光e的輸出級別劃分為低級別、中級別、高級別三個階段，通過向單位層d的預(yù)定區(qū)域照射低級別的激光e1，用于該預(yù)定區(qū)域具有的溶劑u的除去，通過向單位層d的同一區(qū)域照射中級別的激光e2，用于除去該同一區(qū)域具有的粘合劑v。并且，通過向單位層d的同一區(qū)域照射高級別的激光e3，能夠用于熔融或燒結(jié)該同一區(qū)域具有的粉體a而形成熔融層45或燒結(jié)層47。

然后，通過這樣構(gòu)成的本實施方式的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法，也發(fā)揮和實施方式二、實施方式三的各個三維結(jié)構(gòu)物的制造方法相同的作用、效果。另外，本實施方式中，通過使用相同的光束照射部9改變激光e的輸出而能夠連續(xù)地進行有機物除去工序p2和能量施加工序p3，能夠更有效地制造三維結(jié)構(gòu)物m。

實施方式六(參照圖11)

實施方式六的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法是在減壓環(huán)境下進行有機物除去工序p2和能量施加工序p3中的至少一方的工序的實施方式。

因此，關(guān)于層形成工序p1的內(nèi)容、有機物除去工序p2和能量施加工序p3的基本內(nèi)容，與實施方式二相同，因此省略此處的說明，關(guān)于與實施方式二不同的有機物除去工序p2和能量施加工序p3的不同點進行說明。

在本實施方式中，在減壓環(huán)境下進行有機物除去工序p2和能量施加工序p3兩者。具體而言，在本實施方式中，對第二室62連接減壓裝置81，驅(qū)動該減壓裝置81，在第二室62內(nèi)的環(huán)境為減壓環(huán)境的狀態(tài)下執(zhí)行有機物除去工序p2和能量施加工序p3。

然后，通過這樣構(gòu)成的本實施方式的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法，也發(fā)揮和實施方式二的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法相同的作用、效果。并且，在本實施方式中，能夠以更低的加熱溫度使有機物41干燥、氣化而除去，更加容易地除去單位層d中的有機物41。

實施方式七(參照圖12)

實施方式七的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法是在不活潑氣體環(huán)境下進行有機物除去工序p2和能量施加工序p3中的至少一方的工序的實施方式。

因此，關(guān)于層形成工序p1的內(nèi)容、有機物除去工序p2和能量施加工序p3的基本內(nèi)容，與實施方式2相同，因此省略此處的說明，關(guān)于與實施方式二不同的有機物除去工序p2和能量施加工序p3的不同點進行說明。

在本實施方式中，在不活潑氣體環(huán)境下進行有機物除去工序p2和能量施加工序p3兩者。具體而言，在本實施方式中，對第二室62連接不活潑氣體填充裝置83，驅(qū)動該不活潑氣體填充裝置83，在第二室62內(nèi)填充不活潑氣體，使第二室62內(nèi)的環(huán)境為不活潑氣體環(huán)境的狀態(tài)下執(zhí)行有機物除去工序p2和能量施加工序p3。

然后，通過這樣構(gòu)成的本實施方式的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法，也發(fā)揮和實施方式二的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法相同的作用、效果。并且，本實施方式能夠降低粉體a氧化而氧等的有機物成分進入三維結(jié)構(gòu)物m的內(nèi)部的風險。

實施方式八(參照圖13)

實施方式八的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法是吸引而除去能量施加工序p3中產(chǎn)生的煙塵h的實施方式。

因此，關(guān)于層形成工序p1和有機物除去工序p2的內(nèi)容、以及能量施加工序p3的基本內(nèi)容與實施方式2相同，因此省略此處的說明，關(guān)于與實施方式二不同的能量施加工序p3的不同點進行說明。

在本實施方式中，因?qū)Τビ袡C物41的單位層d照射高級別的輸出的激光e而產(chǎn)生的煙塵h隨著通過相對于第二室62設(shè)置的吸引裝置85產(chǎn)生的吸引風排出至外部的狀態(tài)下，執(zhí)行能量施加工序p3。

然后，通過這樣構(gòu)成的本實施方式的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法，也發(fā)揮和實施方式二的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法相同的作用、效果。并且，本實施方式能夠降低煙塵h中所包含的碳等有機物41附著在三維結(jié)構(gòu)物m的表面、或進入三維結(jié)構(gòu)物m的內(nèi)部的風險。

實施方式九(參照圖14)

實施方式九的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法是在減壓環(huán)境下進行層形成工序p1的實施方式。

因此，關(guān)于有機物除去工序p2的內(nèi)容、能量施加工序p3的內(nèi)容以及層形成工序p1的基本內(nèi)容，與實施方式二相同，因此省略此處的說明，關(guān)于與實施方式二不同的層形成工序p1的不同點進行說明。

在本實施方式中，在減壓環(huán)境下進行層形成工序p1。因此，本實施方式中使用的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置1的第一室61要求兼具能承受在減壓環(huán)境下使用的密封性和耐壓性。另外，對第一室61連接減壓裝置81，驅(qū)動該減壓裝置81，在第一室61內(nèi)的環(huán)境為減壓氣氛的狀態(tài)下執(zhí)行層形成工序p1。

然后，通過這樣構(gòu)成的本實施方式的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法，也發(fā)揮和實施方式二的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法相同的作用、效果。并且，本實施方式中，在單位層d的形成中也能夠以更低的溫度使有機物41干燥、氣化并去除。

實施方式十(參照圖15)

實施方式十的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置1j是代替實施方式一的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置1a的驅(qū)動部10的構(gòu)成部件的機械臂55，設(shè)置承擔在寬度方向x移動的第一驅(qū)動裝置21和承擔在縱深方向y移動的第二驅(qū)動裝置35的實施方式。

因此，關(guān)于第一驅(qū)動裝置21和第二驅(qū)動裝置35之外的構(gòu)成，與第一實施方式同樣，因此省略此處的說明，關(guān)于與實施方式一不同的第一驅(qū)動裝置21和第二驅(qū)動裝置35的構(gòu)成和其動作方式的概要進行說明。

即，在本實施方式中，兩組噴吐頭5a、5b和一組光束照射部9安裝在旋轉(zhuǎn)角度能夠變更的滑架32，該滑架32構(gòu)成為通過第一驅(qū)動裝置21，在寬度方向x能夠移動三維結(jié)構(gòu)物m的形成需要的預(yù)定沖程。

此外，在圖示的實施方式中，作為第一驅(qū)動裝置21，采用了具備：移動架27，在配置在支撐架23上的向縱深方向y延伸的兩根第二導(dǎo)軌25上移動；第一導(dǎo)軌29，設(shè)置為對該移動架27，在寬度方向x上延伸；第一滑動塊31，沿該第一導(dǎo)軌29，在寬度方向x往復(fù)移動；以及第一致動器33，供給該第一滑動塊31驅(qū)動力的構(gòu)成作為一個例子。

并且，移動架27構(gòu)成為通過作為驅(qū)動部10的構(gòu)成部件的第二驅(qū)動裝置35，作為一個例子在作為前后方向的縱深方向y能夠移動三維結(jié)構(gòu)物m的形成需要的預(yù)定沖程。

此外，在圖示的實施方式中，作為第二驅(qū)動裝置35，采用了具備：兩條第二導(dǎo)軌25，配置在上述的支撐架23上；第二滑動塊37，對于沿該第二導(dǎo)軌25在縱深方向y往復(fù)移動的移動架27設(shè)置；第二致動器39，供給該第二滑動塊37驅(qū)動力的構(gòu)成作為一個例子。

然后，通過這樣構(gòu)成的本實施方式的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置1j，也發(fā)揮和實施方式一的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置1a相同的作用、效果。并且，本實施方式相比于實施方式一的使用機械臂57、59的構(gòu)成，滑架32能夠在通常更廣的范圍移動，能夠制造形狀較大的三維結(jié)構(gòu)物m。

其它實施方式

本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)物的制造方法及其制造裝置1以具有上述那種構(gòu)成為基礎(chǔ)，但在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)當然能夠進行部分的構(gòu)成的變更或省略等。

例如，也可以為除去如圖16所示進行單位層d的形成的第一室61，以及進行有機物41的除去的第二室62之外，具備將除去有機物41的單位層d中的粉體a熔融或燒結(jié)的第三室63的構(gòu)成的三維結(jié)構(gòu)物的制造裝置1k。

然后，在這種情況下，也能夠構(gòu)成為將第三室63自身作為熔融爐87或燒結(jié)爐89發(fā)揮功能。另外，在圖示的實施方式中，也可以構(gòu)成為在第二室62和第三室63之間設(shè)置閘門67，第二室62和第三室63之間的移動僅設(shè)置在工作臺上的底板13和三維結(jié)構(gòu)物m能夠移動。

并且，包含粉末a或粉末b和有機物41的流動性組合物l1、l2不限于使用上述各實施方式中敘述的一種或兩種，能夠使用三種以上。并且，也能夠采用這種構(gòu)成的三維制造物的制造方法，組合實施方式六及實施方式七中分別所設(shè)置的構(gòu)成，在減壓氣氛下向第二室62內(nèi)填充不活潑氣體的狀態(tài)下執(zhí)行有機物除去工序p2。