JP2015189024A

JP2015189024A - 造形物の製造方法

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Publication number: JP2015189024A
Application number: JP2014066391A
Authority: JP
Inventors: 傳田　敦; Atsushi Denda; 敦傳田; 憲司北田; Kenji Kitada; マキ成相; Maki Nariai
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2015-11-02

Abstract

【課題】樹脂材料を利用した積層造形法によって製造される造形物の精度および強度を向上でき、また塗料の密着性や塗装の強度を向上できる造形物の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る造形物の製造方法は、材料または工程の一部に樹脂材料を利用し、造形物をＮ個の層に分離した単位層を第１層から第Ｎ層まで順番に形成しながら積み重ねることによって造形物を製造する方法であって、１つまたは複数の単位層を形成し終えた後、次の単位層を形成し始める前に、前記１つまたは複数の単位層の表面を研磨し、研磨された前記１つまたは複数の単位層の表面に放電処理することを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、造形物の製造方法に関する。

近年、三次元の物体を造形できる３Ｄプリンターの需要が高まってきている。このような３Ｄプリンターによる造形方法としては、積層造形法が一般的である。積層造形法は、造形物をＮ個の層に分離して、第１層から第Ｎ層までの各単位層を順番に造形しながら積み重ねていく方法である。

今日、積層造形を行うための様々な方法が研究されており、その一部が実用化されている。これらの方法の中には、材料や工程の一部に樹脂材料を利用するものが存在する。このような樹脂材料を利用した積層造形法の具体例としては、例えば以下の特許文献に開示されているものが挙げられる。

特許文献１および特許文献２には、押出による積層堆積システムを用い、ＡＢＳ樹脂を押出ヘッドで溶融させ、それを押出すことによって単位層を形成し、その単位層を堆積させることによって３Ｄオブジェクトを形成する方法が記載されている。

特許文献３および特許文献４には、両親媒性固体ポリマーを含有する造形用スラリーを用いて、３Ｄオブジェクトを形成する方法が記載されている。

特許文献５および特許文献６には、光硬化性を有する樹脂成分を用いて、インクジェット光造形法により３Ｄオブジェクトを形成する方法が記載されている。

特表２０１０−５２１３３９号公報特許第４１０７６８６号公報特開２０１１−２４５７１２号公報特開２０１１−２４５７１３号公報特開２０１２−１１１２２６号公報特開２０１２−７１６１１号公報

一般に、三次元の物体を造形する際には、高い精度や強度が求められる。しかしながら、流動性を持たせた樹脂材料を用いて三次元の物体を造形すると、樹脂材料のパターニング精度（ダレ、濡れ広がり）や、樹脂を硬化させる際の硬化収縮から、表面に凹凸が生じやすく、精度や強度の確保が困難であった。

また、三次元の物体を造形する際、同一素材（無彩色）で形成したベースとなる造形物の表面に、光沢を付与したり、着色するための塗装を施すことで、造形物に、モデルとなる現実の物体に、より近い質感や外観を付与することが可能となる。しかしながら、作成した三次元造形物の表面に、前述の凹凸がある場合、また造形物を形成する材料に対して、着色用塗料の濡れ性が悪い場合には、塗料が弾かれて均一に塗布することができない、造形物の表面と塗料との間の密着性が低く、塗布した塗料が剥がれやすくなる等の課題があった。なお、従来技術では、ベースとなる造形物の作成自体は、デジタル制御された押
し出し技術、およびインクジェット法等により実施するものの、表面に形成された凹凸の除去、造形物と塗料との密着性改善を目的としたプライマー剤の塗布等は、すべて手作業で行われていた。

そこで、本発明に係る幾つかの態様は、上記課題の少なくとも一部を解決することで、樹脂材料を利用した積層造形法によって製造される造形物の精度および強度を向上でき、また塗料の密着性や塗装の強度を向上できる造形物の製造方法を提供するものである。

本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。

［適用例１］
本発明に係る造形物の製造方法の一態様は、
材料または工程の一部に樹脂材料を利用し、造形物をＮ個の層に分離した単位層を第１層から第Ｎ層まで順番に形成しながら積み重ねることによって造形物を製造する方法であって、
１つまたは複数の単位層を形成し終えた後、次の単位層を形成し始める前に、
前記１つまたは複数の単位層の表面を研磨し、
研磨された前記１つまたは複数の単位層の表面に放電処理することを特徴とする。

適用例１の造形物の製造方法によれば、１つまたは複数の単位層の表面を研磨することによって、表面を平滑にした後、放電処理によって表面の性質を変えることで、樹脂材料と他の材料の親和性を高めたり、積層界面における樹脂材料同士の結合性、反応性、密着性などを高めたりすることができる。その結果、造形物の寸法精度、表面の平坦性、強度を向上させることができる。また、造形物の表面における塗料の密着性や塗装の強度も向上するため、造形物の美観を向上させることもできる。さらに、造形物の表面と塗料との密着性を向上させるためのプライマー処理等が不要となる。

［適用例２］
適用例１の造形物の製造方法において、
前記１つまたは複数の単位層の表面が、前記１つまたは複数の単位層の上面および／または前記１つまたは複数の単位層の側面であることができる。

［適用例３］
適用例１または適用例２の造形物の製造方法において、
複数の単位層を形成し終えた後、次の単位層を形成し始める前に、前記複数の単位層の側面を研磨し、研磨された前記複数の単位層の側面に放電処理することができる。

適用例３の造形物の製造方法によれば、複数の単位層（たとえば５〜１０層）が積層された後に、その側面を研磨および放電処理することにより、効率良く造形物を製造することができる。また、１つの単位層毎に側面を研磨および放電処理する場合よりも、側面の平滑性が良好となる。これにより、塗料の密着性や塗装の強度もより向上し、造形物の美観もより良好となる。

［適用例４］
適用例１ないし適用例３のいずれか一例の造形物の製造方法において、
１つの単位層を形成し終えた後、次の単位層を形成し始める前に、前記１つの単位層の上面を研磨し、研磨された前記１つの単位層の上面に放電処理することができる。

適用例４の造形物の製造方法によれば、１つの単位層毎に上面を研磨および放電処理することにより、積層界面の強度が向上する。すなわち、研磨によって単位層の上面が平滑となった後、放電処理によって単位層の上面を適度に荒らすことによるアンカー効果や、表面の重合結合の切断後、次の単位層を付与することで、単位層界面の反応性が高まり、単位層間の界面強度（密着性）が向上する。また、放電処理によって単位層の積層界面のぬれ性を制御することができ、加工精度も向上する。

［適用例５］
適用例１ないし適用例４のいずれか一例の造形物の製造方法において、
パウダー状の基材をステージ上に供給した後、前記基材同士を結着させるための前記樹脂材料を含有する液体材料を塗布し、該液体材料を硬化させることによって前記単位層を形成し、
前記液体材料を塗布した後、該液体材料を硬化させる前に放電処理することができる。

適用例５の造形物の製造方法によれば、放電処理によって発生したラジカルにより液体材料表面に薄い固化膜が形成されるので、液体材料のピニング効果が期待できる。また、液体材料を硬化させた後に形成される基材の層が均一となりやすい。さらに、前記液体材料が放射線によって硬化する材料である場合には、液体材料表面において酸素による重合阻害を低減することができるため、液体材料表面における反応性が向上する。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。

［適用例６］
適用例１ないし適用例４のいずれか一例の造形物の製造方法において、
パウダー状の基材を含有するペースト層を形成した後、前記ペースト層上に前記基材同士を結着させるための前記樹脂材料を含有する液体材料を塗布し、該液体材料を硬化させることによって前記単位層を形成し、
前記ペースト層を形成した後、前記液体材料を塗布する前に放電処理することができる。

適用例６の造形物の製造方法によれば、ペースト層と液体材料とのぬれ性および浸透性を制御することができる。また、パウダー状の基材と硬化後の液体材料との界面を整えることができる。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。

［適用例７］
適用例１ないし適用例４のいずれか一例の造形物の製造方法において、
パウダー状の基材を含有するペースト層を形成した後、前記ペースト層上に前記基材同士を結着させるための前記樹脂材料を含有する液体材料を塗布し、該液体材料を硬化させることによって前記単位層を形成し、
前記ペースト層上に前記液体材料を塗布した後、前記液体材料を硬化させる前に放電処理することができる。

適用例７の造形物の製造方法によれば、放電処理によって発生したラジカルにより液体材料表面に薄い固化膜が形成されるので、液体材料のピニング効果が期待できる。また、液体材料を硬化させた後に形成されるペースト層が均一となりやすい。さらに、前記液体材料が放射線によって硬化する材料である場合には、液体材料表面において酸素による重合阻害を低減することができるため、液体材料表面における反応性が向上する。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。

［適用例８］
適用例１ないし適用例４のいずれか一例の造形物の製造方法において、
インクジェット方式で前記樹脂材料を含有する液体材料を塗布し、前記液体材料にエネルギーを付与して硬化させることによって単位層を形成し、
前記液体材料を塗布した後、前記液体材料を硬化させる前に放電処理することができる。

適用例８の造形物の製造方法によれば、放電処理によって発生したラジカルにより液体材料表面に薄い固化膜が形成されるので、液体材料のピニング効果が期待できる。また、液体材料を硬化させた後に形成されるインク層が均一となりやすい。さらに、前記液体材料が放射線によって硬化する材料である場合には、酸素阻害を低減することができるため、反応性が向上する。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。

［適用例９］
適用例１ないし適用例８のいずれか一例の造形物の製造方法において、
前記放電処理が、大気圧プラズマまたはコロナ放電であることができる。

適用例９の造形物の製造方法によれば、プラズマ照射手段に減圧機構を設けることが不要となって装置の小型化が図れることから、プラズマ照射工程をインラインで行うことができる。

［適用例１０］
適用例１ないし適用例９のいずれか一例の造形物の製造方法において、
前記放電処理が不活性ガスを含む雰囲気下で行われることができる。

適用例１０の造形物の製造方法によれば、用いるガスを放電効率の高いＨｅ、Ａｒを主体とした場合、放電処理の安定化および低温化を図ることができる。その結果、樹脂材料や硬化された単位層への熱ダメージを低減することができる。また、用いるガスをＮ_２主体とした場合は、放電処理により表面の重合結合が物理的に切断されやすくなるため、積層される樹脂材料の反応性を高めることができる。

［適用例１１］
適用例１ないし適用例９のいずれか一例の造形物の製造方法において、
前記放電処理が酸素を含む雰囲気下で行われることができる。

適用例１１の造形物の製造方法によれば、単位層の積層界面を適度に荒らすことによる毛管現象や、積層界面にヒドロキシ基を付与することができるため、単位層の積層界面のぬれ広がりを拡大でき、これを制御することで加工精度も向上する。

［適用例１２］
適用例１ないし適用例９のいずれか一例の造形物の製造方法において、
前記放電処理がフッ素を含む雰囲気下で行われることができる。

適用例１２の造形物の製造方法によれば、撥液性を付与することができるため、単位層の積層界面のぬれ広がりを縮小でき、これを制御することで加工精度も向上する。

本実施の形態に係る造形物の製造方法の一例を示すフローチャート。第１の実施形態において使用する三次元造形装置の概略を模式的に示す説明図。プラズマ照射機構におけるプラズマ発生部の断面を模式的に示す図。第１の実施形態においてプラズマ照射機構が単位層にプラズマを照射している様子を模式的に示す平面図。第１の実施形態に係る造形物の製造方法における造形工程の一例を示すフローチャート。第１の実施形態における材料供給工程および単位層形成工程を模式的に示す説明図。第１の実施形態における上面研磨工程を模式的に示す説明図。第１の実施形態における側面研磨工程を模式的に示す説明図。第１の実施形態におけるプラズマ照射工程を模式的に示す説明図。第１の実施形態における次層の材料供給工程および単位層形成工程を模式的に示す説明図。第２の実施形態において使用する三次元造形装置の概略を模式的に示す説明図。第２の実施形態に係る造形物の製造方法における造形工程の一例を示すフローチャート。第２の実施形態における材料供給工程を模式的に示す説明図。第２の実施形態における単位層形成工程を模式的に示す説明図。第２の実施形態における上面研磨工程を模式的に示す説明図。第２の実施形態における側面研磨工程を模式的に示す説明図。第２の実施形態におけるプラズマ照射工程を模式的に示す説明図。第３の実施形態において使用する三次元造形装置の概略を模式的に示す説明図。第３の実施形態において使用する三次元造形装置の塗布機構およびエネルギー照射機構を模式的に示す平面図。第３の実施形態に係る造形物の製造方法における造形工程の一例を示すフローチャート。第３の実施形態における材料供給工程を模式的に示す説明図。第３の実施形態における単位層形成工程を模式的に示す説明図。第３の実施形態における上面研磨工程を模式的に示す説明図。第３の実施形態における側面研磨工程を模式的に示す説明図。第３の実施形態におけるプラズマ照射工程を模式的に示す説明図。第４の実施形態において使用する三次元造形装置の概略を模式的に示す説明図。第４の実施形態に係る造形物の製造方法における造形工程の一例を示すフローチャート。第４の実施形態における材料供給工程を模式的に示す説明図。第４の実施形態における単位層形成工程を模式的に示す説明図。第４の実施形態における上面研磨工程を模式的に示す説明図。第４の実施形態における側面研磨工程を模式的に示す説明図。第４の実施形態におけるプラズマ照射工程を模式的に示す説明図。第５の実施形態において使用する三次元造形装置の概略を模式的に示す説明図。第５の実施形態に係る造形物の製造方法における造形工程の一例を示すフローチャート。第５の実施形態における材料供給工程および単位層形成工程を模式的に示す説明図。第５の実施形態における上面研磨工程を模式的に示す説明図。第５の実施形態における側面研磨工程を模式的に示す説明図。第５の実施形態におけるプラズマ照射工程を模式的に示す説明図。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

本明細書において、方向を以下のように定義する。すなわち、互いに直交する３つの空間軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とする。鉛直方向はＺ軸方向に沿った方向（Ｚ方向）とし、鉛直下向きの方向を−Ｚ方向、鉛直上向きの方向を＋Ｚ方向とする。Ｚ軸に垂直な面を、ＸＹ平面とする。

１．造形物の製造方法
本実施の形態に係る造形物の製造方法は、材料または工程の一部に樹脂材料を利用し、造形物をＮ個の層に分離した単位層を第１層から第Ｎ層まで順番に形成しながら積み重ねることによって造形物を製造する方法であって、１つまたは複数の単位層を形成し終えた後、次の単位層を形成し始める前に、前記１つまたは複数の単位層の表面を研磨し、研磨された前記１つまたは複数の単位層の表面に放電処理することを特徴とする。

まず、三次元の物体を造形するための基本となる工程について説明する。図１は、本実施の形態に係る造形物の製造方法の一例を示すフローチャートである。本実施の形態に係る造形物の製造方法では、図１に示すように、三次元データ準備工程（Ｓ１０１）と、スライスデータ作成工程（Ｓ１０２）と、造形工程（Ｓ１０３）と、を有している。

三次元データ準備工程（Ｓ１０１）においては、造形工程（Ｓ１０３）において造形の対象となる造形物の三次元ＣＡＤデータを準備する。

スライスデータ作成工程（Ｓ１０２）においては、準備された三次元ＣＡＤデータに基づいて、Ｎ層分のスライスデータを作成する。スライスデータとは、造形物をＸＹ平面に平行なＮ−１個の面でスライスしたデータである。

造形工程（Ｓ１０３）は、造形物を構成する（少なくとも樹脂材料を含む）材料を供給するステップと、当該材料を硬化させるステップと、を含む。つまり、造形工程（Ｓ１０３）では、三次元ＣＡＤデータから作成されたスライスデータに基づいて、材料の供給と硬化を行って第１層を形成した後、第１層の上に、材料の供給と硬化を行って第２層を形成する。この工程を第Ｎ層まで繰り返すことによって造形物が完成する。

なお、本発明においては、このような第１〜第Ｎ層の各層のことを「単位層」という。また、本発明における「表面」とは、上面および側面のことをいう。

本実施の形態に係る造形物の製造方法では、造形工程（Ｓ１０３）の、１つまたは複数の単位層を形成し終えた後、次の単位層を形成し始める前に、前記１つまたは複数の単位層の表面を研磨し、研磨された前記１つまたは複数の単位層の表面に放電処理することを特徴とする。１つまたは複数の単位層の表面を研磨することによって、表面を平滑にした後、放電処理によって表面の性質を変えることで、樹脂材料と他の材料との親和性を高めたり、積層界面の状態を整えたり、樹脂材料同士の結合性、反応性、密着性などを高めたりすることができる。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。また、造形物の表面における塗料の密着性や塗装の強度も向上するため、造形物の美観を向上させることもできる。

以下、本発明に係る造形物の製造方法について、具体的な実施形態を示して詳細に説明する。

１．１．第１の実施形態
第１の実施形態では、熱溶融積層法を用いた造形物の製造方法について説明する。熱溶融積層法とは、溶融させた樹脂材料を層状に供給して硬化させる工程を繰り返すことによって造形物を製造する方法である。以下、第１の実施形態で使用する樹脂材料、三次元造形装置の構成、第１の実施形態に係る造形物の製造方法の順に説明する。

１．１．１．樹脂材料
使用する樹脂材料としては、熱可塑性樹脂が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体）樹脂、ポリ乳酸、ＰＣ（ポリカーボネート）樹脂、ＰＣ／ＡＢＳアロイ、ＰＰＳＦ／ＰＰＳＵ樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、およびこれらを改質した樹脂等が挙げられる。

第１の実施形態において使用される樹脂材料は、どのような形状であってもよいが、樹脂材料の供給しやすさの観点から、ワイヤー状に加工されていることが好ましい。樹脂材料は、たとえばコイルのように巻かれた状態で提供される。

１．１．２．装置構成
図２は、第１の実施形態において使用する三次元造形装置の概略を模式的に示す説明図である。三次元造形装置１００は、図２に示すように、三次元物体を造形するためのステージ１０と、樹脂材料３０を溶融させてステージ１０上に射出するノズル２０と、を有する。

ステージ１０は、三次元物体を造形するための作業面である。ステージ１０の上面は、ＸＹ平面に平行となっている。ステージ１０は、Ｚ軸に沿って高さを調整可能に構成されている。

ノズル２０は、樹脂材料３０を溶融させてステージ１０上に射出するための開口部（図示せず）を有する。ノズル２０は、開口部がステージ１０に対して略垂直（＋Ｚ方向）となるように設けられる。また、ノズル２０には、樹脂材料３０を溶融させるための加熱機構（図示せず）が設けられている。この加熱機構によって樹脂材料３０をガラス転移温度（Ｔｇ）以上の温度に加熱することで、樹脂材料３０が溶融して所望の流動性を有する樹脂材料３０が得られる。これにより、ノズル２０から樹脂材料３０を供給することが可能となる。

ノズル２０は、ＸＹ平面に沿って移動する。ノズル２０を移動させながら樹脂材料３０を所定位置に供給することにより、スライスデータに基づいた所望の形状を有する単位層を形成することができる。本実施形態の三次元造形装置１００では、ノズル２０がＸＹ平面に沿って移動するが、代わりに、ステージ１０がＸＹ平面に沿って移動するようにしても良い。

ステージ１０は、−Ｚ方向に移動する。ステージ１０は、単位層を形成し終えた後、次の単位層を形成する前に、−Ｚ方向に単位層の厚さΔｄ（図１０）だけ移動する。これにより、単位層を形成する過程において、ノズル２０と造形途中の造形物８０とのＺ軸方向に対する距離を常に一定とすることができる。本実施形態の三次元造形装置１００では、ステージ１０が−Ｚ方向に移動するが、代わりに、ノズルが＋Ｚ方向に移動しても良い。

樹脂材料３０は、図示しない供給機構によって、ノズル２０へ供給される。供給機構は、上述したワイヤー状に加工された樹脂材料３０をノズル２０まで供給する機構である。供給機構は、樹脂材料３０をノズル２０まで供給できればどのようなものであってもよい
。例えば、樹脂材料３０を回転する駆動ローラーと遊動ローラーで固定して、該駆動ローラーに回転力を印加することによって、樹脂材料３０を押し出すような機構とすることができる。

三次元造形装置１００は、スライスデータに基づいて各機構を制御する制御部４０を備える。上述したノズル２０、供給機構、及び後述するプラズマ照射機構７０は、制御部４０によって制御される。制御部４０は、供給機構を駆動してノズル２０まで樹脂材料３０を供給させ、ノズル２０をＸ方向およびＹ方向動かしながら、ノズル２０で溶融させた樹脂材料３０をステージ１０上に射出させる。制御部４０は、後述する所定のタイミングで、プラズマ照射機構７０を駆動して、プラズマを照射させる。制御部４０は、単位層が形成された後、次の単位層を形成する前に、ステージ１０を−Ｚ方向に単位層の厚さΔｄ（図１０）だけ移動させる。こうした操作を繰り返して、単位層を積層していくことにより、三次元ＣＡＤデータに対応する造形物を製造することが可能となる。

三次元造形装置１００は、第１のグラインダー５０と、第２のグラインダー６０と、を備える。第１のグラインダー５０は、単位層の上面を研磨するためのものである。第２のグラインダーは、１つまたは複数の単位層の側面を研磨するためのものである。本実施形態において、グラインダー５０およびグラインダー６０は、三次元造形装置１００に組み込まれているが、三次元造形装置１００から独立したグラインダーを準備しても良い。また、このような独立したグラインダーを、制御部４０と接続して、制御部４０によって駆動するようにしてもよい。

さらに、三次元造形装置１００は、プラズマ照射機構７０を備える。プラズマ照射機構７０は、単位層の表面にプラズマの照射を行う機構である。プラズマ照射機構７０は、例えば、プラズマを発生させる機構を備えたプラズマ発生部７１（図３）と、該プラズマ発生部に供給するガスを貯留するガス貯留部（図示せず）と、を備える。本実施形態において、プラズマ照射機構７０は、三次元造形装置１００に組み込まれているが、三次元造形装置１００から独立したプラズマ照射機構を準備しても良い。また、このような独立したプラズマ照射機構を、制御部４０と接続して、制御部４０によって駆動するようにしてもよい。

図３は、プラズマ照射機構７０におけるプラズマ発生部７１の断面（ＺＸ平面に沿った断面）を模式的に示す図である。

図３に示すように、プラズマ発生部７１は、ガス供給室７２を備える。ガス供給室７２の一方の端部は、ガス供給口７７となっている。ガス供給口７７は、図示しないガス供給管によって、図示しないガス貯留部と接続される。ガス供給室７２の他方の端部には、プラズマ照射ノズル７５が形成される。プラズマ照射ノズル７５は、ステージ１０と対向するように設けられている（図９参照）。ガス供給室７２には、ガス供給口７７からプラズマ照射ノズル７５に向かってガスが送り込まれる。すなわち、ガス供給室７２内には、上流のガス供給口７７から、下流のプラズマ照射ノズル７５へ向かうガス流が発生する。

ガス供給室７２の他方の端部側（プラズマ照射ノズル７５に近い位置）には、電極対７３が設けられている。電極対７３は、−Ｘ軸方向側に設けられた第１の電極７３ａと、＋Ｘ軸方向側に設けられた第２の電極７３ｂと、によって構成されている。電極７３ａおよび電極７３ｂは、電源７４に接続されている。

電源７４によって電極７３ａおよび電極７３ｂに電圧が印加されると、電極７３ａと電極７３ｂとの間（放電部分Ｄ）に放電が生じる。この状態で、ガス供給室７２にガスを供給して、電極７３ａおよび電極７３ｂとの間にガスを通過させることで、ガスのプラズマ
が生じる。すなわち、ガスの少なくとも一部がプラズマ化する。このようにして発生したプラズマは、プラズマ照射ノズル７５から単位層の表面に向かって照射される。放電部分Ｄは、単位層の表面に接触しない。このような、放電部分Ｄがプラズマを照射する対象物に接触しないようにプラズマが照射される方式は、リモートジェット方式と呼ばれる。一方、放電部分Ｄがプラズマを照射する対象物に接触する方式は、ダイレクト方式と呼ばれる。本実施形態及び以下に説明するすべての実施形態の造形装置は、いずれもリモートジェット方式のプラズマ照射機構を備えているが、代わりに、ダイレクト方式のプラズマ照射機構を備えても良い。

プラズマ照射ノズル２５と形成された単位層との距離は、発生したプラズマを単位層に照射できる範囲にあれば特に限定されないが、例えば０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができる。

プラズマを発生させる際の電力量としては、供給したガスからプラズマを発生できるのであれば特に限定されるものではないが、例えば、１００Ｗｈ以上２００Ｗｈ以下とすることができる。

プラズマを発生させる際の電源７４の周波数としては、供給したガスからプラズマを発生できるのであれば特に限定されるものではないが、例えば５０ｋＨｚ以上、２．４５ＧＨｚ以下である。

ガス供給室７２に供給するガスは、プラズマ処理の目的、すなわち、プラズマの照射によってどのように、あるいはどの程度、表面を改質したいか、に応じて選択される。１種類のガスからなる単一ガスでもよいし、２種以上のガスを混合して得られる混合ガスでもよい。このようなガスの材料としては、例えば、酸素（Ｏ_２）、空気（少なくとも窒素（Ｎ_２）および酸素（Ｏ_２）を含む）、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）、アンモニア（ＮＨ_３）、フッ素原子（Ｆ）を含むガスや、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、窒素（Ｎ_２）等の不活性ガス等が挙げられる。

不活性ガスを利用して、不活性ガスを含む雰囲気下でプラズマ処理を実施すると、プラズマの供給を安定化させたり、プラズマを低温で発生させたりすることが可能となる。その結果、樹脂材料３０への熱ダメージを低減することができる。

酸素を利用して、酸素を含む雰囲気下でプラズマ処理を実施すると、単位層の表面にヒドロキシ基を付与することができる。よって、単位層の表面のぬれ広がりを拡大でき、これを制御することで造形物８０の加工精度を高めることができる。

フッ素を利用して、フッ素を含む雰囲気下でプラズマ処理を字視すると、単位層の表面に撥液性を付与することができる。よって、単位層の表面のぬれ広がりを縮小でき、これを制御することで造形物８０の加工精度を高めることができる。

ガス供給室７２に供給されるガスの流量は、ガス供給室７２の容量、ガスの種類、樹脂材料３０の種類、造形速度等に応じて適宜設定することができ、特に制限されるものではない。

さらに、図３のプラズマ照射機構７０は、プラズマ照射ノズル７５付近の余剰ガスを吸引して、プラズマ照射ノズル７５から離れた位置で余剰ガスを排出する排気管７６を備えている。図３の例では、排気管７６は、ガス供給室７２の−Ｘ軸方向側に、ガス供給室７２に沿って設けられた第１の排気管７６ａと、ガス供給室７２の＋Ｘ軸方向に、ガス供給室７２に沿って設けられた第２の排気管７６ｂと、を備えている。排気管７６の一方の端
部には、吸気口７８が設けられており、他方の端部には排気口７９が設けられている。吸気口７８は、プラズマ照射ノズル７５の近傍に設けられ、排気口７９は、プラズマ照射ノズル７５から離れた位置に設けられる。排気管７６によって、余剰ガスを吸引、排出しながらプラズマ照射を行うことで、プラズマ照射ノズル７５から放射されるプラズマ照射範囲を適正化し、所望の範囲を局地的に処理することが可能となる。排気管７６の設置位置は、余剰ガスの吸引と排出を適切に実施できるような位置であればよく、図３に記載された位置に限定されるものではない。

図４は、造形物８０を造形している途中に、プラズマ照射機構７０が単位層の表面にプラズマを照射する様子を模式的に示す平面図である。プラズマ照射機構７０は、板状電極７３ａ、７３ｂの間に、Ｙ軸方向に延びるライン状のプラズマ照射部７５を有する。プラズマ照射部７５のＹ軸方向の長さは、ステージ１０上で造形される造形物５０のＹ軸方向の全域をカバーできるような長さになっている。また、プラズマ照射機構７０は、プラズマ照射部７５が造形物５０のＸ軸方向の全域をカバーできるように、Ｘ軸方向に走査される。図４の例では、プラズマ照射機構７０は、Ｙ軸方向に延びたプラズマ照射部７５を備え、Ｘ軸方向に走査される。このようなプラズマ照射機構７０の代わりに、Ｘ軸方向に延びたプラズマ発生部を備え、Ｙ軸方向に走査されるプラズマ照射機構を利用しても良い。また、図４のプラズマ照射機構７０は、１列のプラズマ照射機構７０を備えているが、プラズマ照射量を増加させるという観点から、複数列のプラズマ照射機構を備えてもよい。また、プラズマ照射機構としては、図４に示したようなライン状のプラズマ照射部７５を備え、一方向に走査されるライン型の照射機構と、スポット状のプラズマ照射部を備え、Ｘ軸方向とＹ軸方向の二方向に走査されるシリアル型の照射機構と、の２種類が存在する。本実施形態及び以下に説明するすべての実施形態の造形装置は、いずれもライン型のプラズマ照射機構を備えているが、代わりに、シリアル型のプラズマ照射機構を備えても良い。

本実施形態の三次元造形装置１００において、プラズマ照射機構７０は、大気圧下でプラズマを発生させて照射する、いわゆる大気圧プラズマ照射機構である。以下に説明するすべての実施形態の造形装置においても同様である。本実施形態及び以下に説明するすべての実施形態の製造装置において、大気圧プラズマ照射機構に変えて、減圧下や真空下でプラズマを発生させて照射する、いわゆる減圧プラズマ照射機構や、真空プラズマ照射機構を採用しても良い。減圧プラズマ処理は減圧雰囲気下で、真空プラズマ処理は真空雰囲気下で行われる。よって、減圧または真空プラズマ照射機構を採用する場合は、プラズマの照射を行う際に、少なくとも造形途中の造形物８０を収容するためのチャンバーと、このチャンバー内を減圧する減圧装置と、を別途設ける必要がある。よって、減圧プラズマ照射機構や、真空プラズマ照射機構を採用した場合は、造形装置が大型化し易い。一方、大気圧プラズマ照射機構を採用すれば、チャンバーや減圧装置を設けることが不要であり、装置の小型化が図れるという利点がある。また、材料の供給、単位層の形成、プラズマの照射といった、造形物を製造するための一連の工程を、１台の製造装置でまとめて実施できるという利点がある。

１．１．３．造形物の製造方法
図５は、第１の実施形態に係る造形物の製造方法における造形工程の一例を示すフローチャートである。図６は、第１の実施形態における材料供給工程および単位層形成工程を模式的に示す説明図である。図７は、第１の実施形態における上面研磨工程を模式的に示す説明図である。図８は、第１の実施形態における側面研磨工程を模式的に示す説明図である。図９は、第１の実施形態におけるプラズマ照射工程を模式的に示す説明図である。図１０は、第１の実施形態における次層の材料供給工程および単位層形成工程を模式的に示す説明図である。

第１の実施形態に係る造形物の製造方法は、図１に示すように、三次元データ準備工程（Ｓ１０１）と、スライスデータ作成工程（Ｓ１０２）と、造形工程（Ｓ１０３）と、を有している。三次元データ準備工程（Ｓ１０１）およびスライスデータ作成工程（Ｓ１０２）は、上述した通りなので説明を省略する。

造形工程（Ｓ１０３）は、例えば図５に示すように、材料供給ステップ（Ｓ１１１）と、単位層形成ステップ（Ｓ１１２）と、側面処理の要否を判断するステップ（Ｓ１１３）と、上面および側面の研磨ステップ（Ｓ１１４）と、上面および側面のプラズマ照射ステップ（Ｓ１１５）と、上面の研磨ステップ（Ｓ１１６）と、上面のプラズマ照射ステップ（Ｓ１１７）と、次層の有無を判断するステップ（Ｓ１１８）と、移動ステップ（Ｓ１１９）と、を有している。これらのステップを繰り返し実施することによって、造形物を完成させることができる。ステップを繰り返す回数は、スライスデータの数に対応する。

材料供給ステップ（Ｓ１１１）においては、溶融された樹脂材料３０を、ステージ１０に供給する。より詳細に説明すると、まず、図６に示すように、供給機構を駆動させてワイヤー状の樹脂材料３０をノズル２０の上端に供給する。次に、ノズル２０の内部に設けられた加熱機構により、樹脂材料３０をガラス転移温度（Ｔｇ）以上の温度に加熱して溶融する。この溶融された樹脂材料３０を、ノズル２０の下端にある開口部からステージ１０の上面に向かって供給する。ここで「供給」とは、歯磨き粉をチューブから出して歯ブラシの上に置くように、溶融された樹脂材料３０をゆっくりとステージ１０の上面に置いていくことをいう。

単位層形成ステップ（Ｓ１１２）においては、溶融された樹脂材料３０によって、単位層を形成する。より詳細に説明すると、図６に示すように、第１の移送機構を駆動させて、ノズル２０またはステージ１０をＸＹ方向に動かしながら、溶融された樹脂材料３０で一筆書きをするような要領で単位層を形成していく。この際、ノズル２０は、スライスデータに対応した所望の形状となるように溶融された樹脂材料３０を供給していく。樹脂材料３０は、熱可塑性樹脂であるため、ガラス転移温度以下の温度になると自然に固化するが、冷却することによって固化する速度を速めてもよい。このようにすることで、単位層が形成される。なお、図６に示すように、このときのＺ軸方向におけるステージ１０の上面からノズル２０の開口部までの距離をｄ１とする。

側面処理の要否を判断するステップ（Ｓ１１３）においては、１つまたは複数の単位層の側面を研磨する必要があるか否かを判断する。通常は、複数の単位層（たとえば５〜１０層）が積層された後に、その側面を研磨する。このようにすることで、効率良く造形物を製造することができ、また、１つの単位層毎に側面を研磨する場合よりも側面の平滑性が良好となる。なお、これに限らず、単位層毎に側面を研磨してもよいことは言うまでもない。

側面処理の要否を判断するステップ（Ｓ１１３）では、たとえば、目的とする造形物の形状が格子状のように複雑な形状である場合には、段差が生じる単位層を積層する前に、１つまたは複数の単位層の側面を研磨するように判断される。また、逆テーパー状のような形状である場合には、５〜１０層が積層された後に、側面を研磨するように判断される。

一方、単位層の上面については、１つの単位層毎に研磨することが好ましい。このようにすることで、単位層の上面が平滑となった後に、次の単位層が形成されるので、積層界面間の強度が向上すると共に、加工精度も向上する。

側面処理の要否を判断するステップ（Ｓ１１３）において、単位層の側面を研磨する必
要があると判断した場合は、図７および図８に示すように、上面および側面の研磨ステップ（Ｓ１１４）を行う。

一方、側面処理の要否を判断するステップ（Ｓ１１３）において、単位層の側面を研磨する必要がないと判断した場合は、図７に示すように、上面の研磨ステップ（Ｓ１１６）を行う。

図７に示したように、本実施形態では、上面の研磨には、第１のグラインダー５０を使用している。第１のグラインダー５０による研磨方法としては、たとえば（１）先細形状のドリルで複数回走査する方法、（２）底面が円形状で、半径が大きい回転子で複数回走査する方法、（３）ロータリー状の歯を持つ幅広ローターで一回走査する方法等が挙げられるが、これらに限定されず、表面研磨に用いられる任意の方法を採用することができる。

また、図８に示したように、側面の研磨には、第２のグラインダー６０を使用している。第２のグラインダー６０による研磨方法としては、（１）先細形状のドリルで角度を変えながら走査する方法、（２）先細形状のドリルをロボットに持たせて走査する方法等が挙げられるが、これらに限定されず、表面研磨に用いられる任意の手段を採用することができる。

図７および図８に示したように、本実施形態では、上面の研磨と側面の研磨に、異なるグラインダーを使用しているが、上面および側面の両方を研磨できる機能を備えた１つのグラインダーを利用してもよい。

上面および側面の研磨ステップ（Ｓ１１４）において、上面と側面の研磨は同時に実施してもよいし、上面の研磨を終えた後に側面の研磨を実施してもよいし、側面の研磨を終えた後に上面の研磨を実施してもよい。

プラズマ照射ステップ（Ｓ１１５，１１７）においては、図９に示すように、プラズマ照射機構７０を用いて、研磨した領域に対してプラズマを照射する。上面と側面の研磨ステップ（Ｓ１１４）の後のプラズマ照射ステップ（Ｓ１１５）においては、研磨した上面と側面に対してプラズマの照射を行う。また、上面の研磨ステップ（Ｓ１１６）の後のプラズマ照射ステップ（Ｓ１１７）においては、研磨した上面に対してプラズマの照射を行う。プラズマ照射機構７０によって、単位層の表面にプラズマ処理を施すことによって、単位層の表面の状態や性質を変化させることができる。たとえば、プラズマ処理によって、単位層の表面を適度に荒らすことによるアンカー効果や、単位層の表面の重合結合を切断する効果が得られる。このように、表面が改質された単位層上に、次の単位層を構成する樹脂材料を付与することで、単位層間の界面強度（密着性）が向上する。また、目的に応じたガス種を選択し、放電処理を行うことで、単位層の積層界面のぬれ性を制御することができ、加工精度も向上する。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。上面と側面の両方にプラズマを照射する場合、これらを同時に実施してもよいし、上面のプラズマ照射を終えた後に側面のプラズマ照射を実施してもよいし、側面のプラズマ照射を終えた後に上面のプラズマ照射を実施してもよい。なお、上面のプラズマ照射と側面のプラズマ照射を順番に実施する場合には、上面用のプラズマ照射機構と、側面用のプラズマ照射機構と、を別々に設けてもよい。

なお、放電処理の一例としてプラズマ処理（プラズマの照射）について説明したが、プラズマ照射機構に代えてコロナ放電機構としてもよい。すなわち、放電処理は、プラズマ処理（プラズマの照射）に限られず、コロナ放電処理であっても良い。コロナ放電機構としては、特開２０１０−２４１９９９号公報、特開２００５−２３５４４８号公報、特開
２００３−３０００２９号公報に開示されているコロナ放電機構を使用することができる。具体的には、上述のリモートジェット方式と同様の機構を有しており、たとえばガス流路の中央部と外周辺部とに内外一対の放電電極が配置され、該ガス流路にガスを導入するとともに、一対の放電電極に高電圧を印加することによりコロナ放電を生成し、そのコロナ放電により生成されるガス流を吹き付ける方式等が挙げられる。以下に説明するすべての実施形態においても同様である。

次層の有無を判断するステップ（Ｓ１１８）においては、単位層の形成が終了した時点で、次の単位層を形成する必要があるか否かを判断する。次の単位層を形成する必要がない場合には、三次元の造形物が完成する。

次の単位層を形成する必要がある場合には、次の移動ステップ（Ｓ１１９）を実行する。移動ステップ（Ｓ１１９）においては、図１０に示すように、ステージ１０を単位層の厚さの分（Δｄ）だけ−Ｚ方向に移動させる。ステージ１０を−Ｚ方向に移動させる代わりに、ノズル２０を単位層の厚さの分（Δｄ）だけ＋Ｚ方向に移動させるようにしても良い。移動ステップ（Ｓ１１９）を実行することにより、Ｚ軸方向におけるステージ１０の上面からノズル２０の開口部までの距離ｄ２がｄ１＋Δｄとなる。これにより、単位層を形成する過程において、ノズル２０と造形途中の造形物８０とのＺ軸方向に対する距離を常に一定とすることができる。

また、移動ステップ（Ｓ１１９）において、ノズル２０が単位層の厚さの分（Δｄ）だけ＋Ｚ方向に移動する場合には、プラズマ照射機構７０についても単位層の厚さの分（Δｄ）だけ＋Ｚ方向に移動させる。一方、ステージ１０が単位層の厚さの分（Δｄ）だけ−Ｚ方向に移動する場合には、プラズマ照射機構７０はＺ軸方向には移動させない。このようにすることで、単位層を形成する過程において、プラズマ照射機構７０と造形途中の造形物８０とのＺ軸方向に対する距離を常に一定とすることができる。

以上説明したように、本実施形態の三次元造形装置１００は、グラインダー５０及び６０と、プラズマ照射機構７０とを備えている。また、本実施形態の造形方法は、研磨ステップ（Ｓ１１４，Ｓ１１６）と、その後に実施されるプラズマ照射ステップ（Ｓ１１５，Ｓ１１７）と、を含んでいる。研磨ステップ（Ｓ１１４，Ｓ１１６）において、単位層の表面を研磨することによって、表面を平滑にした後、プラズマ照射ステップ（Ｓ１１５，Ｓ１１７）における放電処理によって表面の状態や性質を変えることで、樹脂材料と他の材料の親和性を高めたり、積層界面における樹脂材料同士の結合性、反応性、密着性などを高めたりすることができる。その結果、造形物の寸法精度、表面の平坦性、強度を向上させることができる。また、造形物の表面における塗料の密着性や塗装の強度も向上するため、造形物の美観を向上させることもできる。さらに、造形物の表面と塗料との密着性を向上させるためのプライマー処理等が不要となる。

１．２．第２実施形態
第２の実施形態では、パウダー硬化積層法を用いた造形物の製造方法について説明する。パウダー硬化積層法とは、パウダー状の樹脂を層状に供給して部分的に硬化させる工程を繰り返すことによって造形物を製造する方法である。以下、第２の実施形態で使用する樹脂材料、三次元造形装置の構成、第２の実施形態に係る造形物の製造方法の順に説明する。

１．２．１．樹脂材料
使用する樹脂材料としては、公知の材料を用いることができる。このような樹脂材料としては、例えば、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、環状オレフィン系樹脂、アクリル樹脂、結晶性透明樹脂等が挙げられる。

第２の実施形態において使用される樹脂材料は、パウダー状であればよい。樹脂材料の体積平均粒子径は、粒子に流動性を持たせる観点から、好ましくは１〜２００μｍ、より好ましくは５〜１２０μｍ、特に好ましくは１０〜１００μｍである。体積平均粒子径は、日機装株式会社製の型式「マイクロトラックＭＴ３３００」を用いて測定することができる。

１．２．２．装置構成
図１１は、第２の実施形態において使用する三次元造形装置の概略を模式的に示す説明図である。三次元造形装置２００は、図１１に示すように、三次元物体を造形するための加工部１１０と、材料となるパウダー状の樹脂材料（以下、「樹脂パウダー」ともいう。）を供給するための供給部１２０と、を有する。

加工部１１０は、図１１に示すように、柱状の第１のスペース１１２と、ステージ１１３と、を備える。第１のスペース１１２を幾何学的な柱として捉えた場合、この柱は、ＸＹ平面に沿った上面および底面と、Ｚ軸方向に沿った側面と、を有する。第１のスペース１１２は、＋Ｚ方向の端部に、ＸＹ平面に平行な開口部１１１を有する。ステージ１１３は、三次元物体を造形するための作業面である。ステージ１１３は、第１のスペース１１２の−Ｚ方向側に設けられる。ステージ１１３の上面は、ＸＹ平面に平行である。ステージ１１３は、第１のスペース１１２内を−Ｚ方向に移動可能に構成されている。

供給部１２０は、柱状の第２のスペース１２２と、ピストン１２３と、を備える。第２のスペース１２２を幾何学的な柱として捉えた場合、この柱は、ＸＹ平面に沿った上面および底面と、Ｚ軸方向に沿った側面と、を有する。第２のスペース１２２は、＋Ｚ方向の端部に、ＸＹ平面に平行な開口部１２１を有する。ピストン１２３は、第２のスペース１２２の−Ｚ方向側に設けられる。ピストン１２３の上面は、ＸＹ平面に平行である。ピストン１２３は、第２のスペース１２２内を＋Ｚ方向に移動可能に構成されている。材料となる樹脂材料パウダーは、開口部１２１とピストン１２３の上面との間に収容される。ピストン１２３は、所定のタイミングで、樹脂パウダーを＋Ｚ方向に押し上げる。押し上げられた樹脂パウダーは、第２のスペース１２２からわずかに＋Ｚ方向に露出する。

三次元造形装置２００は、加工部１１０の第１のスペース１１２の開口部１１１と供給部１２０の第２のスペース１２２の開口部１２１とを接続する接続面１３０と、樹脂パウダーを供給部１２０から加工部１１０へ供給するための供給機構１４０と、を有する。

接続面１３０は、加工部１１０の開口部１１１と供給部１２０の開口部１２１とを接続する面である。接続面１３０は、ＸＹ平面に平行に設けられている。接続面１３０は、材料となる樹脂パウダーを、供給部１２０から加工部１１０へ移送するための供給路として機能する。

供給機構１４０は、樹脂パウダーを供給部１２０から加工部１１０へ送り込む機構である。供給機構１４０は、通常、平面視における供給部１２０から見て接続面１３０とは反対面１３１上に設置されている。面１３１は、ＸＹ平面に平行に設けられている。本実施形態において、供給機構１４０は、Ｙ方向に沿った円柱形状を有するローラーである。ローラーは、接続面１３０と接触しつつ回転しながら、ＸＹ平面に平行に移動する。ローラーが供給部１２０側から加工部１１０側へ移動することによって、供給部１２０の第２のスペース１２２から＋Ｚ軸方向に露出した樹脂パウダーが、加工部１１０の第１のスペース１１２に送り込まれる。ローラーは、樹脂パウダーを加工部１１０の第１のスペース１１２に送り込んだ後、元の位置に戻る。供給機構１４０は、樹脂パウダーを供給部１２０から加工部１１０へ送り込む機能が備わっていればよいため、たとえばスキージーのよう
に回転を伴わないものに置き換えてもよい。

三次元造形装置２００は、加工部１１０に送り込まれた樹脂パウダーに選択的にエネルギーを照射するエネルギー照射機構１５０を有する。

エネルギー照射機構１５０は、光または熱などのエネルギーを発生させるエネルギー源１５１と、エネルギー源１５１から供給されたエネルギーを加工部１１０の開口部１１１に向けて照射するミラー１５２と、を有する。エネルギー源１５１は、たとえばレーザー、紫外線光源、ヒーターなどによって構成される。ミラー１５２は、エネルギーの照射角度を調節する機構が設けられており、エネルギーを±Ｘ方向と±Ｙ方向に走査する。ミラー１５２は、スライスデータに基づいた所望の形状となるようにエネルギーの照射角度が調節されて、樹脂パウダーを部分的に硬化させる。硬化の手段としては、たとえば樹脂パウダーの重合反応を利用する方法や、樹脂パウダーを溶融させた後、冷却して硬化させる方法などが挙げられる。

ミラー１５２は、一方向に走査するラインヘッドや二方向に走査するシリアルヘッドに置き換えてもよい。ラインヘッドやシリアルヘッドは、ＸＹ平面に沿って移動する。ラインヘッドやシリアルヘッドは、加工部１１０の開口部１１１に供給された樹脂パウダーに移動しながらエネルギーを照射する。樹脂パウダーに十分なエネルギーを付与できるのであれば、面照射タイプのエネルギー照射手段を使用してもよい。

三次元造形装置２００は、スライスデータに基づいて各機構を制御する制御部１６０を有する。上述した加工部１１０、供給部１２０、供給機構１４０、及び後述する第１のグラインダー１７０、第２のグラインダー１８０、およびプラズマ照射機構１９０は、制御部１６０によって制御される。制御部１６０は、供給部１２０のピストン１２３を所定のタイミングで押し上げて、樹脂パウダーを＋Ｚ方向にわずかに露出させる。また、制御部１６０は、供給機構１４０を駆動して、樹脂パウダーを加工部１１０の第１のスペース１１２に送り込ませる。また、制御部１６０は、スライスデータに基づいた所望の形状となるように、エネルギー源１５０から供給されたエネルギーを加工部１１０の開口部１１１に向けて照射させる。制御部１６０は、後述する所定のタイミングで、第１のグラインダー１７０および第２のグラインダー１８０を駆動して、単位層の上面や側面を研磨させる。制御部１６０は、後述する所定のステップで、プラズマ照射機構１９０を駆動して、プラズマを照射させる。制御部１６０は、単位層が形成された後、次の単位層を形成する前に、加工部１１０のステージ１１３を−Ｚ軸方向に単位層の厚さの分だけ移動させる。こうした操作を繰り返して、単位層を積層していくことにより、三次元ＣＡＤデータに対応する造形物を製造することが可能となる。

さらに、三次元造形装置２００は、第１のグラインダー１７０、第２のグラインダー１８０、およびプラズマ照射機構１９０を備える。第１のグラインダー１７０は、単位層の上面を研磨するためのものである。第２のグラインダー１８０は、１つまたは複数の単位層の側面を研磨するためのものである。プラズマ照射機構１９０は、ＸＹ平面に沿って移動しながら単位層の積層界面にプラズマ照射する機構である。第１のグラインダー１７０、第２のグラインダー１８０、およびプラズマ照射機構１９０の構造等については、それぞれ、変形例も含め、第１の実施形態で説明した第１のグラインダー５０、第２のグラインダー６０、およびプラズマ照射機構７０と同様であるため、説明を省略する。本実施形態において、第１のグラインダー１７０、第２のグラインダー１８０、およびプラズマ照射機構１９０は三次元造形装置２００に組み込まれているが、三次元造形装置２００から独立したグラインダーやプラズマ照射機構を、制御部１６０と接続して、制御部１６０によって駆動するようにしてもよい。

１．２．３．造形物の製造方法
図１２は、第２の実施形態に係る造形物の製造方法における造形工程の一例を示すフローチャートである。図１３は、第２の実施形態における材料供給工程を模式的に示す説明図である。図１４は、第２の実施形態における単位層形成工程を模式的に示す説明図である。図１５は、第２の実施形態における上面研磨工程を模式的に示す説明図である。図１６は、第２の実施形態における側面研磨工程を模式的に示す説明図である。図１７は、第２の実施形態におけるプラズマ照射工程を模式的に示す説明図である。

第２の実施形態に係る造形物の製造方法は、図１に示すように、三次元データ準備工程（Ｓ１０１）と、スライスデータ作成工程（Ｓ１０２）と、造形工程（Ｓ１０３）と、を有している。三次元データ準備工程（Ｓ１０１）およびスライスデータ作成工程（Ｓ１０２）は、上述した通りなので説明を省略する。

造形工程（Ｓ１０３）は、例えば図１２に示すように、材料供給ステップ（Ｓ１２１）と、単位層形成ステップ（Ｓ１２２）と、側面処理の要否を判断するステップ（Ｓ１２３）と、上面および側面の研磨ステップ（Ｓ１２４）と、上面および側面のプラズマ照射ステップ（Ｓ１２５）と、上面の研磨ステップ（Ｓ１２６）と、上面のプラズマ照射ステップ（Ｓ１２７）と、次層の有無を判断するステップ（Ｓ１２８）と、移動ステップ（Ｓ１２９）と、を有している。これらのステップを繰り返し実施することによって、造形物を完成させることができる。ステップを繰り返す回数は、スライスデータの数に対応する。

材料供給ステップ（Ｓ１２１）においては、樹脂材料（樹脂パウダー１９２）をステージ１１３に供給する。まず、図１３に示すように、供給部１２０のピストン１２３を＋Ｚ方向に上昇させる。すると、開口部１２１から樹脂パウダー１９２が露出する。この開口部１２１から露出した樹脂パウダー１９２を、供給機構１４０を駆動させて押し出すようにして加工部１１０へ移送する。第１層目を形成するとき、加工部１１０のステージ１１３は、接続面１３０よりもわずかに−Ｚ方向側の位置にある。よって、加工部１１０のステージ１１３上に、樹脂パウダーが所定の厚さで堆積する。

単位層形成ステップ（Ｓ１２２）においては、樹脂材料（樹脂パウダー１９２）にエネルギーを照射することによって、単位層を形成する。具体的には、図１４に示すように、ミラー１５２によってエネルギーの照射角度を調節しながら、ステージ１１３上に堆積した樹脂パウダー１９２の層に向かって選択的にエネルギーを照射する。このようにして、樹脂パウダー１９２の一部が硬化することにより、単位層が形成される。

側面処理の要否を判断するステップ（Ｓ１２３）においては、１つまたは複数の単位層の側面を研磨する必要があるか否かを判断する。通常は、複数の単位層（たとえば５〜１０層）が積層された後に、その側面を研磨する。このようにすることで、効率良く造形物を製造することができ、また、１つの単位層毎に側面を研磨する場合よりも側面の平滑性が良好となる。なお、これに限らず、単位層毎に側面を研磨してもよいことは言うまでもない。

側面処理の要否を判断するステップ（Ｓ１２３）では、たとえば、目的とする造形物の形状が格子状のように複雑な形状である場合には、段差が生じる単位層を積層する前に、１つまたは複数の単位層の側面を研磨するように判断される。また、逆テーパー状のような形状である場合には、５〜１０層が積層された後に、側面を研磨するように判断される。

一方、単位層の上面については、１つの単位層毎に研磨することが好ましい。このようにすることで、単位層の上面が平滑となった後に、次の単位層が形成されるので、積層界
面間の強度が向上すると共に、加工精度も向上する。

側面処理の要否を判断するステップ（Ｓ１２３）において、単位層の側面を研磨する必要があると判断した場合は、図１５および図１６に示すように、上面および側面の研磨ステップ（Ｓ１２４）を行う。

一方、側面処理の要否を判断するステップ（Ｓ１２３）において、単位層の側面を研磨する必要がないと判断した場合は、図１５に示すように、上面の研磨ステップ（Ｓ１２６）を行う。

図１５および図１６に示したように、本実施形態では、上面の研磨には第１のグラインダー１７０を、側面の研磨には第２のグラインダー１８０を使用している。第１のグラインダー１７０および第２のグラインダー１８０による研磨方法の具体例や、これらの機能については、上述の第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。第２のグラインダー１８０は、樹脂パウダー１９２を少し潜るようにして造形物の側面を研磨する。この際、第２のグラインダー１８０によって造形物の周辺にある材料の層に凹凸が発生し、層が乱れる可能性があるが、次の材料が供給されると、その乱れは解消する。上面および側面の研磨ステップ（Ｓ１２４）において、造形物の上面と側面の研磨は同時に実施してもよいし、上面の研磨を終えた後に側面の研磨を実施してもよいし、側面の研磨を終えた後に上面の研磨を実施してもよい。

プラズマ照射ステップ（Ｓ１２５，Ｓ１２７）においては、図１７に示すように、プラズマ照射機構１９０を用いて、研磨した領域に対してプラズマ照射する。上面と側面の研磨ステップ（Ｓ１２４）の後のプラズマ照射ステップ（Ｓ１２５）においては、研磨した上面と側面に対してプラズマの照射を行う。また、上面の研磨ステップ（Ｓ１２６）の後のプラズマ照射ステップ（Ｓ１２７）においては、研磨した上面に対してプラズマの照射を行う。プラズマ照射機構１９０によって、単位層の表面にプラズマ処理を施すことによって、単位層の表面の状態や性質を変化させることができる。たとえば、プラズマ処理によって、単位層の表面を適度に荒らすことによるアンカー効果や、単位層の表面の重合結合を切断する効果が得られる。このように、表面が改質された単位層上に、次の単位層を構成する樹脂材料を付与することで、単位層間の界面強度（密着性）が向上する。また、目的に応じたガス種を選択し、放電処理を行うことで、単位層の積層界面のぬれ性を制御することができ、加工精度も向上する。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。上面と側面の両方にプラズマを照射する場合、これらを同時に実施してもよいし、上面のプラズマ照射を終えた後に側面のプラズマ照射を実施してもよいし、側面のプラズマ照射を終えた後に上面のプラズマ照射を実施してもよい。なお、上面のプラズマ照射と側面のプラズマ照射を順番に実施する場合には、上面用のプラズマ照射機構と、側面用のプラズマ照射機構と、を別々に設けてもよい。

次層の有無を判断するステップ（Ｓ１２８）においては、単位層の形成が終了した時点で、次の単位層を形成する必要があるか否かを判断する。次の単位層を形成する必要がない場合には、三次元の造形物が完成する。

次の単位層を形成する必要がある場合には、次の移動ステップ（Ｓ１２９）を実行する。移動ステップ（Ｓ１２９）においては、ステージ１１３を単位層の厚さの分だけ−Ｚ方向に移動させる。ステージ１１３を−Ｚ方向に移動させた後、次の材料供給ステップ（Ｓ１２１）を実行して樹脂パウダー１９２を供給すると、前回の材料供給ステップ（Ｓ１２１）によってステージ１１３上に堆積した樹脂パウダー層の上、および、前回の単位層形成ステップ（Ｓ１２２）によって形成された単位層の上に、樹脂パウダーが堆積する。この樹脂パウダーに対して、単位層形成ステップ（Ｓ１２２）を実行することで、次の単位
層が形成される。

第２の実施形態では、プラズマ照射機構１９０はＺ軸方向には移動させない。このようにすることで、単位層を形成する過程において、プラズマ照射機構１９０と造形途中の造形物とのＺ軸方向に対する距離を常に一定とすることができる。

以上説明したように、本実施形態の三次元造形装置２００は、グラインダー１７０及び１８０と、プラズマ照射機構１９０とを備えている。また、本実施形態の造形方法は、研磨ステップ（Ｓ１２４，Ｓ１２６）と、その後に実施されるプラズマ照射ステップ（Ｓ１２５，Ｓ１２７）と、を含んでいる。研磨ステップ（Ｓ１２４，Ｓ１２６）において、単位層の表面を研磨することによって、表面を平滑にした後、プラズマ照射ステップ（Ｓ１２５，Ｓ１２７）における放電処理によって表面の状態や性質を変えることで、樹脂材料と他の材料の親和性を高めたり、積層界面における樹脂材料同士の結合性、反応性、密着性などを高めることができる。その結果、造形物の寸法精度、表面の平坦性、強度を向上させることができる。また、造形物の表面における塗料の密着性や塗装の強度も向上するため、造形物の美観を向上させることもできる。さらに、造形物の表面と塗料との密着性を向上させるためのプライマー処理等が不要となる。

１．３．第３実施形態
第３の実施形態では、パウダー固着積層法を用いた造形物の製造方法について説明する。パウダー固着積層法とは、石膏、セラミック、澱粉、金属などのパウダー状の基材を層状に供給した後、これらの基材同士を結着させる液体材料（以下、「結着剤」ともいう。）を部分的に塗布し、該液体材料にエネルギーを付与して硬化させる工程を繰り返すことによって造形物を製造する方法である。液体材料は、樹脂材料である。以下、第３の実施形態で使用する原材料、三次元造形装置の構成、第３の実施形態に係る造形物の製造方法、変形例の順に説明する。

１．３．１．原材料
使用する基材としては、公知のものを用いることができ、たとえば石膏、セラミック、金属などのパウダーを用いることができる。基材となるパウダーの体積平均粒子径は、粒子に流動性を持たせる観点から、好ましくは１〜２００μｍ、より好ましくは５〜１２０μｍ、特に好ましくは１０〜１００μｍである。体積平均粒子径は、日機装株式会社製の型式「マイクロトラックＭＴ３３００」を用いて測定することができる。

結着剤としては、パウダー状の基材を結着させることができる液状のものであれば特に制限されないが、紫外光によって重合が開始する硬化液が好適である。また、空気中の水分（あるいは酸素など）に触れると速やかに重合を開始する硬化液などの液体材料を使用することもできる。

１．３．２．装置構成
図１８は、第３の実施形態において使用する三次元造形装置の概略を模式的に示す説明図である。図１９は、第３の実施形態において使用する三次元造形装置の塗布機構およびエネルギー照射機構を模式的に示す平面図である。三次元造形装置３００は、図１８に示すように、三次元物体を造形するための加工部２１０と、材料となるパウダー状の基材（以下、単に「基材」ともいう。）を供給するための供給部２２０と、を有する。

加工部２１０は、図１８に示すように、柱状の第１のスペース２１２と、ステージ２１３と、を備える。第１のスペース２１２を幾何学的な柱として捉えた場合、この柱は、ＸＹ平面に沿った上面および底面と、Ｚ軸方向に沿った側面と、を有する。第１のスペース２１２は、＋Ｚ方向の端部に、ＸＹ平面に平行な開口部２１１を有する。ステージ２１３
は、三次元物体を造形するための作業面である。ステージ２１３は、第１のスペース２１２の−Ｚ方向側に設けられる。ステージ２１３の上面は、ＸＹ平面に平行である。ステージ２１３は、第１のスペース２１２内を、−Ｚ方向に移動可能に構成されている。

供給部２２０は、柱状の第２のスペース２２２と、ピストン２２３と、を備える。第２のスペース２２２を幾何学的な柱として捉えた場合、この柱は、ＸＹ平面に沿った上面および底面と、Ｚ軸方向に沿った側面と、を有する。第２のスペース２２２は、＋Ｚ方向の端部に、ＸＹ平面に平行な開口部２２１を有する。ピストン２２３は、第２のスペース２２２の−Ｚ軸方向側に設けられる。ピストン２２３の上面は、ＸＹ平面に平行である。ピストン２２３は、第２のスペース２２２内を、＋Ｚ方向に移動可能に構成されている。材料となる基材は、開口部２２１とピストン２２３の上面との間に収容される。ピストン２２３は、所定のタイミングで、基材を＋Ｚ方向に押し上げる。押し上げられた基材は、第２のスペース２２２からわずかに＋Ｚ方向に露出する。

三次元製造装置３００は、加工部２１０の第１のスペース２１２の開口部２１１と供給部２２０の第２のスペース２２２の開口部２２１とを接続する接続面２３０と、基材を供給部２２０から加工部２１０へ供給するための供給機構２４０と、を有する。

接続面２３０は、加工部２１０の第１のスペース２１２の開口部２１１と供給部２２０の第２のスペース２２２の開口部２２１とを接続する面である。接続面２３０は、ＸＹ平面に平行に設けられている。接続面２３０は、材料となる基材を、供給部２２０から加工部２１０へ移送するための供給路として機能する。

供給機構２４０は、供給部２２０から加工部２１０へ基材を送り込む機構である。供給機構２４０は、通常、平面視における供給部２２０から見て接続面２３０とは反対面２３１上に設置されている。面２３１は、ＸＹ平面に平行に設けられている。本実施形態に置いて、供給機構２４０は、Ｙ方向に沿った円柱形状を有するローラーである。ローラーは、接続面２３０と接触しつつ回転しながら、ＸＹ平面に平行に移動する。ローラーが供給部２２０側から加工部２１０側へ移動することによって、供給部２２０の第２のスペース２２２から＋Ｚ軸方向に露出した基材が、加工部２１０の第１のスペース２１２に送り込まれる。ローラーは、基材を加工部２１０の第１のスペース２１２に送り込んだ後、元の位置に戻る。供給機構２４０は、供給部２２０から加工部２１０へ基材を送り込む機能が備わっていればよいため、たとえばスキージーのように回転を伴わないものに置き換えてもよい。

三次元造形装置３００は、加工部２１０に送り込まれた基材に選択的に結着剤（液体材料）を塗布するための塗布機構２５０と、塗布された結着剤にエネルギーを照射するエネルギー照射機構２５２と、を有する。

塗布機構２５０は、加工部２１０に送り込まれた基材に選択的に結着剤を塗布するための機構である。塗布機構２５０は、ＸＹ平面に沿って移動する。塗布機構２５０は、加工部２１０の開口部２１１に供給された基材に対して、移動しながら選択的に結着剤を塗布する。塗布機構２５０は、たとえばインクジェットヘッドによって構成することが可能である。

エネルギー照射機構２５２は、塗布機構２５０によって塗布された結着剤にエネルギーを照射して硬化させる機構である。エネルギー照射機構２５２は、ＸＹ平面に沿って移動する。エネルギー照射機構２５２は、紫外線などの光源や、ヒーターなどの熱源によって構成される。硬化の手段としては、たとえば樹脂材料の重合反応を利用する方法などが挙げられる。エネルギー照射機構２５２は、Ｘ方向およびＹ方向のいずれか一方向に走査す
るラインヘッドでもよいし、Ｘ方向およびＹ方向の二方向に走査するシリアルヘッドでもよい。結着剤に十分なエネルギーを付与できるのであれば、面照射タイプのエネルギー照射手段を使用してもよい。なお、図１８の例では、塗布機構２５０とエネルギー照射機構２５２とを一体化したものが記載されているが、塗布機構２５０とエネルギー照射機構２５２とを一体化せずに別々の構成としても構わない。

図１９は、第３の実施形態において使用する三次元造形装置の塗布機構およびエネルギー照射機構を模式的に示す平面図である。図１８の例では、塗布機構２５０とエネルギー照射機構２５２とが一体化されているが、図１９に示すようにＹ方向に沿ったラインヘッドとなっており、塗布機構２５０およびエネルギー照射機構２５２がＹ方向に列をなしてそれぞれ配置されている。塗布機構２５０は、−Ｘ側に設けられている。塗布機構２５０は、結着剤を塗布するためのノズルがＹ方向に列をなして複数設けられている。エネルギー照射機構２５２は、＋Ｘ側に設けられている。エネルギー照射機構２５２は、エネルギーを照射するための光源（たとえばＬＥＤ）や熱源を照射する手段がＹ方向に列をなして複数設けられている。

三次元造形装置３００は、スライスデータに基づいて各機構を制御する制御部２６０を有する。上述した加工部２１０、供給部２２０、供給機構２４０、及び後述する第１のグラインダー２７０、第２のグラインダー２８０、ならびにプラズマ照射機構２９０は、制御部２６０によって制御される。制御部２６０は、供給部２２０のピストン２２３を所定のタイミングで押し上げて、基材を＋Ｚ方向にわずかに露出させる。また、制御部２６０は、供給機構２４０を駆動して、基材を加工部２１０の第１のスペース２１２に送り込ませる。また、制御部２６０は、スライスデータに基づいた所望の形状となるように、スライスデータに基づいた所望の形状となるように塗布機構２５０から結着剤を塗布させ、エネルギー源２５０から供給されたエネルギーを加工部２１０の開口部２１１に向けて照射させる。制御部２６０は、後述する所定のタイミングで、第１のグラインダー２７０および第２のグラインダー２８０を駆動して、単位層の上面や側面を研磨させる。制御部２６０は、後述する所定のステップで、プラズマ照射機構２９０を駆動して、プラズマを照射させる。制御部２６０は、単位層が形成された後、次の単位層を形成する前に、加工部２１０のステージ２１３を−Ｚ軸方向に単位層の厚さの分だけ移動させる。こうした操作を繰り返して、単位層を積層していくことにより、三次元ＣＡＤデータに対応する造形物を製造することが可能となる。

さらに、三次元造形装置３００は、第１のグラインダー２７０、第２のグラインダー２８０、およびプラズマ照射機構２９０を備える。第１のグラインダー２７０は、単位層の上面を研磨するためのものである。第２のグラインダー２８０は、１つまたは複数の単位層の側面を研磨するためのものである。プラズマ照射機構２９０は、ＸＹ平面に沿って移動しながら単位層の積層界面にプラズマ照射する機構である。第１のグラインダー２７０、第２のグラインダー２８０、およびプラズマ照射機構２９０の構造等については、それぞれ、変形例も含め、第１の実施形態で説明した第１のグラインダー５０、第２のグラインダー６０、およびプラズマ照射機構７０と同様であるため、説明を省略する。本実施形態において、第１のグラインダー２７０、第２のグラインダー２８０、およびプラズマ照射機構２９０は三次元造形装置３００に組み込まれているが、三次元造形装置３００から独立したグラインダーやプラズマ照射機構を、制御部２６０と接続して、制御部２６０によってこれらを駆動するようにしてもよい。

１．３．３．造形物の製造方法
図２０は、第３の実施形態に係る造形物の製造方法における造形工程の一例を示すフローチャートである。図２１は、第３の実施形態における材料供給工程を模式的に示す説明図である。図２２は、第３の実施形態における単位層形成工程を模式的に示す説明図であ
る。図２３は、第３の実施形態における上面研磨工程を模式的に示す説明図である。図２４は、第３の実施形態における側面研磨工程を模式的に示す説明図である。図２５は、第３の実施形態におけるプラズマ照射工程を模式的に示す説明図である。

第３の実施形態に係る造形物の製造方法は、図１に示すように、三次元データ準備工程（Ｓ１０１）と、スライスデータ作成工程（Ｓ１０２）と、造形工程（Ｓ１０３）と、を有している。三次元データ準備工程（Ｓ１０１）およびスライスデータ作成工程（Ｓ１０２）は、上述した通りなので説明を省略する。

造形工程（Ｓ１０３）は、例えば図２０に示すように、材料供給ステップ（Ｓ１３１）と、結着剤塗布ステップ（Ｓ１３２）と、プラズマ照射ステップ（Ｓ１３３）と、エネルギー照射ステップ（Ｓ１３４）と、側面処理の要否を判断するステップ（Ｓ１３５）と、上面および側面の研磨ステップ（Ｓ１３６）と、上面および側面のプラズマ照射ステップ（Ｓ１３７）と、上面の研磨ステップ（Ｓ１３８）と、上面のプラズマ照射ステップ（Ｓ１３９）と、次層の有無を判断するステップ（Ｓ１４０）と、移動ステップ（Ｓ１４１）と、を有している。これらのステップを繰り返し実施することによって、造形物を完成させることができる。ステップを繰り返す回数は、スライスデータの数に対応する。

材料供給ステップ（Ｓ１３１）においては、基材２９２をステージ２１３に供給する。図２１に示すように、供給部２２０のピストン２２３を＋Ｚ方向に上昇させると、開口部２２１から基材２９２が露出する。この開口部２２１から露出した基材２９２を、ローラー２４０を駆動させて押し出すようにして加工部２１０へ移送する。第１層目を形成するとき、加工部２１０のステージ２１３は、接続面２３０よりもわずかに−Ｚ方向側の位置にある。よって、加工部２１０のステージ２１３上に、基材が所定の厚さで堆積する。

結着剤塗布ステップ（Ｓ１３２）においては、ステージ上に供給された基材２９２に対して選択的に結着剤（樹脂材料）を塗布する。具体的には、図２２に示すように、塗布機構２５０をＸＹ平面に沿って動かしながら、ステージ２１３上に堆積した基材２９２の層に向かって選択的に結着剤を塗布する。

プラズマ照射ステップ（Ｓ１３３）においては、図２５に示すように、プラズマ照射機構２９０を用いてプラズマを照射する。プラズマ照射ステップＳ１３３は、単位層を形成している途中において実施される。具体的には、結着剤塗布ステップ（Ｓ１３２）の後、エネルギー照射ステップ（Ｓ１３４）の前のタイミング、すなわち、結着剤を塗布した後、これを硬化させる前のタイミングで実施される。

このようなタイミングでプラズマ照射ステップ（Ｓ１３３）を実施することによって、放電処理によって発生したラジカルにより液体材料表面に薄い固化膜が形成されるので、液体材料のピニング効果が期待できる。また、液体材料を硬化させた後に形成されるペースト層が均一となりやすい。さらに、結着剤が放射線によって硬化する材料である場合には、結着剤を塗布した後、この結着剤を硬化させる前に放電処理を行うことで、結着剤表面において酸素による重合阻害を低減することができるため、結着剤の放射線による硬化性が向上する。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。なお、プラズマ照射ステップＳ１３３は、省略しても良い。

エネルギー照射ステップ（Ｓ１３４）においては、図２２に示すように、結着剤を塗布した後、エネルギー照射機構２５２によってエネルギーを照射する。このようにして、結着剤が硬化することにより、単位層が形成される。

側面処理の要否を判断するステップ（Ｓ１３５）においては、１つまたは複数の単位層
の側面を研磨する必要があるか否かを判断する。通常は、複数の単位層（たとえば５〜１０層）が積層された後に、その側面を研磨する。このようにすることで、効率良く造形物を製造することができ、また、１つの単位層毎に側面を研磨する場合よりも側面の平滑性が良好となる。なお、これに限らず、単位層毎に側面を研磨してもよいことは言うまでもない。

側面処理の要否を判断するステップ（Ｓ１３５）では、たとえば、目的とする造形物の形状が格子状のように複雑な形状である場合には、段差が生じる単位層を積層する前に、１つまたは複数の単位層の側面を研磨するように判断される。また、逆テーパー状のような形状である場合には、５〜１０層が積層された後に、側面を研磨するように判断される。

側面処理の要否を判断するステップ（Ｓ１３５）において、単位層の側面を研磨する必要があると判断した場合は、図２３および図２４に示すように、上面および側面の研磨ステップ（Ｓ１３６）を行う。

一方、側面処理の要否を判断するステップ（Ｓ１３５）において、単位層の側面を研磨する必要がないと判断した場合は、図２３に示すように、上面の研磨ステップ（Ｓ１３６）を行う。

図２３および図２４に示したように、本実施形態では、上面の研磨には第１のグラインダー２７０を、側面の研磨には第２のグラインダー２８０を使用している。第１のグラインダー２７０および第２のグラインダー２８０による研磨方法の具体例や、これらの機能については、上述の第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。第２のグラインダー２８０は、基材２９２を少し潜るようにして造形物の側面を研磨する。この際、第２のグラインダー２８０によって造形物の周辺にある材料の層に凹凸が発生し、層が乱れる可能性があるが、次の材料が供給されると、その乱れは解消する。上面および側面の研磨ステップ（Ｓ１３６）において、造形物の上面と側面の研磨は、これらを同時に実施してもよいし、上面の研磨を終えた後に側面の研磨を実施してもよいし、側面の研磨を終えた後に上面の研磨を実施してもよい。

プラズマ照射ステップ（Ｓ１３７，Ｓ１３９）においては、図２５に示すように、プラズマ照射機構２９０を用いて、プラズマ照射する。上面と側面の研磨ステップ（Ｓ１３６）の後のプラズマ照射ステップ（Ｓ１３７）においては、研磨した上面と側面に対してプラズマの照射を行う。また、上面の研磨ステップ（Ｓ１３８）の後のプラズマ照射ステップ（Ｓ１３９）においては、研磨した上面に対してプラズマの照射を行う。プラズマ照射機構２９０によって、単位層の表面にプラズマ処理を施すことによって、単位層の表面の状態や性質を変化させることができる。たとえば、プラズマ処理によって、単位層の表面を適度に荒らすことによるアンカー効果や、単位層の表面の重合結合を切断する効果が得られる。このように、表面が改質された単位層上に、次の単位層を構成する樹脂材料を付与することで、単位層間の界面強度（密着性）が向上する。また、目的に応じたガス種を選択し、放電処理を行うことで、単位層の積層界面のぬれ性を制御することができ、加工精度も向上する。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。上面と側面の両方にプラズマを照射する場合、これらを同時に実施してもよいし、上面のプラズマ照射を終えた後に側面のプラズマ照射を実施してもよいし、側面のプラズマ照射を終えた後に上面のプラズマ照射を実施してもよい。なお、上面のプラズマ照射と側面のプラズマ照
射を順番に実施する場合には、上面用のプラズマ照射機構と、側面用のプラズマ照射機構と、を別々に設けてもよい。

次層の有無を判断するステップ（Ｓ１４０）においては、単位層の形成が終了した時点で、次の単位層を形成する必要があるか否かを判断する。次の単位層を形成する必要がない場合には、三次元の造形物が完成する。

次の単位層を形成する必要がある場合には、次の移動ステップ（Ｓ１４１）を実行する。移動ステップ（Ｓ１４１）においては、ステージ２１３を単位層の厚さの分だけ−Ｚ方向に移動させる。ステージ２１３を−Ｚ方向に移動させた後、次の材料供給ステップ（Ｓ１３１）を実行して基材２９２を供給すると、前回の材料供給ステップ（Ｓ１３１）によってステージ２１３上に堆積した基材層の上、および、前回の単位層形成ステップによって形成された単位層の上に、基材２９２が堆積する。この基材に対して、Ｓ１３２〜Ｓ１４０を実行することで、次の単位層が形成される。

第３の実施形態では、プラズマ照射機構２９０はＺ軸方向には移動させない。このようにすることで、単位層を形成する過程において、プラズマ照射機構２９０と造形途中の造形物とのＺ軸方向に対する距離を常に一定とすることができる。

以上説明したように、本実施形態の三次元造形装置３００は、グラインダー２７０及び２８０と、プラズマ照射機構２９０とを備えている。また、本実施形態の造形方法は、研磨ステップ（Ｓ１３６，Ｓ１３８）と、その後に実施されるプラズマ照射ステップ（Ｓ１３７，Ｓ１３９）と、を含んでいる。研磨ステップ（Ｓ１３６，Ｓ１３８）において、単位層の表面を研磨することによって、表面を平滑にした後、プラズマ照射ステップ（Ｓ１３７，Ｓ１３９）における放電処理によって表面の状態や性質を変えることで、樹脂材料と他の材料の親和性を高めたり、積層界面における樹脂材料同士の結合性、反応性、密着性などを高めたりすることができる。その結果、造形物の寸法精度、表面の平坦性、強度を向上させることができる。また、造形物の表面における塗料の密着性や塗装の強度も向上するため、造形物の美観を向上させることもできる。さらに、造形物の表面と塗料との密着性を向上させるためのプライマー処理等が不要となる。

１．３．４．変形例
図１８等に示した三次元造形装置３００では、塗布機構２５０とエネルギー照射機構２５２とが一体化されていたが、それぞれを別々に構成しても良い。また、塗布機構２５０とエネルギー照射機構２５２とプラズマ照射機構２９０とをすべて一体化しても良い。また、塗布機構２５０とプラズマ照射機構２９０とを一体化したり、プラズマ照射機構２９０とエネルギー照射機構２５２とを一体化したりしても良い。また、これらの機構を構成するヘッドは、Ｘ方向およびＹ方向のいずれか一方向に走査するラインヘッドでもよいし、Ｘ方向およびＹ方向の二方向に走査するシリアルヘッドでもよい。

１．４．第４の実施形態
第４の実施形態では、ペースト法を用いた造形物の製造方法について説明する。ペースト法とは、造形物の主要構成材料となるパウダー状の基材が飛散しないように、該基材を両親媒性固体ポリマーなどと混合してペースト状にして供給した後、ペースト内の基材同士を結着させる液体材料（結着剤ともいう）を部分的に塗布し、該液体材料にエネルギーを付与して硬化させる工程を繰り返すことによって造形物を製造する方法である。ペーストは樹脂材料を含む。結着剤は樹脂材料である。以下、第４の実施形態で使用する原材料、三次元造形装置の構成、第４の実施形態に係る造形物の製造方法の順に説明する。

１．４．１．原材料
使用するパウダー状の基材としては、公知のものを用いることができ、たとえばアクリル樹脂粉末、シリコーン樹脂粉末、アクリルシリコーン樹脂粉末、ポリエチレン樹脂粉末、ポリエチレンアクリル酸共重合樹脂粉末、澱粉等の有機粒子；石膏、セラミック、金属、シリカ等の無機粒子を用いることができる。これらの有機粒子および無機粒子は、真球状のものでもよいし、多孔質であってもよい。

粘性を付与するための両親媒性ポリマーとしては、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ポリアクリル酸ナトリウム、カラギーナン、キサンタンガム等が挙げられる。

基材、両親媒性ポリマー、水系媒体、必要に応じて消泡剤などの添加剤をニーダー等の混練機で混練することにより造形用のペーストを調製することができる。

ペーストを結着させる液体材料としては、ペーストを硬化させることができる液状のものであれば特に制限されないが、紫外光によって重合が開始する硬化液が好適である。また、空気中の水分（あるいは酸素など）に触れると速やかに重合を開始する硬化液などの液体材料を使用することもできる。

１．４．２．装置構成
図２６は、第４の実施形態において使用する三次元造形装置の概略を模式的に示す説明図である。三次元造形装置４００は、図２６に示すように、三次元物体を造形するための加工部３１０と、材料となるペーストを加工部３１０に供給するための供給機構３２０と、を有する。

加工部３１０は、図２６に示すように、柱状のスペース３１２と、ステージ３１３と、を備える。スペース３１２を幾何学的な柱として捉えた場合、この柱は、ＸＹ平面に沿った上面および底面と、Ｚ軸方向に沿った側面と、を有する。スペース３１２は、＋Ｚ方向の端部に、ＸＹ平面に平行な開口部３１１を有する。ステージ３１３は、三次元物体を造形するための作業面である。ステージ３１３は、スペース３１２の−Ｚ方向側に設けられる。ステージ３１３の上面は、ＸＹ平面に平行である。ステージ３１３は、スペース３１２内を、−Ｚ方向に移動可能に構成されている。

供給機構３２０は、材料となるペーストを加工部３１０に供給するためのノズル３２２と、ペースト貯留部３２４と、を備える。ノズル３２２は、ステージ３１３に対して略垂直（＋Ｚ方向）に設けられている。また、供給機構３２０には、ステージ３１３上に塗布されたペーストの厚みを平坦化する平坦化機構３２３を設けてもよい。平坦化機構３２３は、ノズル３２２の先端に設けられたスキージーによって構成されている。平坦化機構３２３は、ノズル３２２の−Ｘ方向側に設けられている。後に説明する図２８に示すように、ペーストは、供給機構３２０を＋Ｘ方向に移動させながら、ノズル３２２から加工部３１０上に送り出される。平坦化機構３２３は、供給機構３２０の移動に伴って、加工部３１０上に出されたペーストの表面をなでながら移動する。平坦化機構３２３がペーストの表面をなでながら移動することによって、ペーストの厚みが平坦化される。平坦化機構３２３は、ローラーによって構成されてもよい。平坦化機構３２３は、ノズル３２２とは別に設けてもよい。

また、供給機構３２０の移動と平坦化機構３２３によって、ステージ３１３上に厚みが均一なペースト層を形成する代わりに、ステージ３１３を回転させながらその中心にペーストを供給するスピンコート法を利用しても良い。

三次元造形装置４００は、加工部３１０に送り込まれたペーストに選択的に液体材料を
塗布するための塗布機構３３０と、塗布された液体材料にエネルギーを照射するエネルギー照射機構３４０と、を有する。

塗布機構３３０は、加工部３１０に送り込まれたペースト層に選択的に液体材料を塗布するための機構である。塗布機構３３０については、第３の実施形態で説明した塗布機構２５０と同様の構成を採用できる。塗布機構３３０は、ＸＹ平面に沿って移動する。塗布機構３３０は、加工部３１０の開口部３１１に供給されたペースト層に対して、移動しながら選択的に液体材料を塗布する。塗布機構３３０は、たとえばインクジェットヘッドによって構成することが可能である。

エネルギー照射機構３４０は、塗布機構３３０によって塗布された液体材料にエネルギーを照射して硬化させる機構である。エネルギー照射機構３４０については、第３の実施形態で説明したエネルギー照射機構２５２と同様の構成を採用できる。エネルギー照射機構３４０は、ＸＹ平面に沿って移動する。エネルギー照射機構３４０は、紫外線などの光源や、ヒーターなどの熱源によって構成される。硬化の手段としては、たとえば樹脂材料の重合反応を利用する方法などが挙げられる。図２６の例では、塗布機構３３０とエネルギー照射機構３４０とを一体化したものが記載されているが、塗布機構３３０とエネルギー照射機構３４０とを一体化せずに別々の構成としても構わない。

三次元造形装置４００は、スライスデータに基づいて各機構を制御する制御部３５０を有する。上述した供給機構３２０、加工部３１０、塗布機構３３０、エネルギー照射機構３４０、及び後述する第１のグラインダー３７０、第２のグラインダー３８０、ならびにプラズマ照射機構３９０は、制御部３５０によって制御される。制御部３５０は、供給機構３２０を駆動させてペーストをステージ３１３上に供給させる。また、制御部３５０は、スライスデータに基づいた所望の形状となるように塗布機構３３０から液体材料を塗布させ、エネルギー照射機構３４０からエネルギーを加工部３１０の開口部３１１に向けて照射させる。制御部３５０は、後述する所定のタイミングで、第１のグラインダー３７０および第２のグラインダー３８０を駆動して、単位層の上面や側面を研磨させる。制御部３５０は、後述する所定のタイミングで、プラズマ照射機構３９０を駆動して、プラズマを照射させる。制御部３５０は、単位層が形成された後、次の単位層を形成する前に、ステージ３１３を−Ｚ方向に単位層の厚さの分だけ移動させる。こうした操作を繰り返して、単位層を積層していくことにより、三次元ＣＡＤデータに対応する造形物を製造することが可能となる。

さらに、三次元造形装置４００は、第１のグラインダー３７０、第２のグラインダー３８０、およびプラズマ照射機構３９０を備える。第１のグラインダー３７０は、単位層の上面を研磨するためのものである。第２のグラインダー３８０は、１つまたは複数の単位層の側面を研磨するためのものである。プラズマ照射機構３９０は、ＸＹ平面に沿って移動しながら、ペースト層の表面、液体材料の表面、または単位層の積層界面に、プラズマ照射する機構である。第１のグラインダー３７０、第２のグラインダー３８０、およびプラズマ照射機構３９０の構造等については、変形例も含め、第１の実施形態で説明した第１のグラインダー５０、第２のグラインダー６０、およびプラズマ照射機構７０と同様であるため、説明を省略する。本実施形態において、第１のグラインダー３７０、第２のグラインダー３８０、およびプラズマ照射機構３９０は三次元造形装置４００に組み込まれているが、三次元造形装置４００から独立したグラインダーやプラズマ照射機構を、制御部３５０と接続して、制御部３５０によってこれらを駆動するようにしてもよい。

１．４．３．造形物の製造方法
図２７は、第４の実施形態に係る造形物の製造方法における造形工程の一例を示すフローチャートである。図２８は、第４の実施形態における材料供給工程を模式的に示す説明
図である。図２９は、第４の実施形態における単位層形成工程を模式的に示す説明図である。図３０は、第４の実施形態における上面研磨工程を模式的に示す説明図である。図３１は、第４の実施形態における側面研磨工程を模式的に示す説明図である。図３２は、第４の実施形態におけるプラズマ照射工程を模式的に示す説明図である。

第４の実施形態に係る造形物の製造方法は、図１に示すように、三次元データ準備工程（Ｓ１０１）と、スライスデータ作成工程（Ｓ１０２）と、造形工程（Ｓ１０３）と、を有している。三次元データ準備工程（Ｓ１０１）およびスライスデータ作成工程（Ｓ１０２）は、上述した通りなので説明を省略する。

造形工程（Ｓ１０３）は、例えば図２７に示すように、材料供給ステップ（Ｓ１５１）と、プラズマ照射ステップ（Ｓ１５２、Ｓ１５４）と、液体材料塗布ステップ（Ｓ１５３）と、エネルギー照射ステップ（Ｓ１５５）と、側面処理の要否を判断するステップ（Ｓ１５６）と、上面および側面の研磨ステップ（Ｓ１５７）と、上面および側面のプラズマ照射ステップ（Ｓ１５８）と、上面の研磨ステップ（Ｓ１５９）と、上面のプラズマ照射ステップ（Ｓ１６０）と、次層の有無を判断するステップ（Ｓ１６１）と、移動ステップ（Ｓ１６２）と、洗浄ステップ（Ｓ１６３）と、を有している。これらのステップを繰り返し実施することによって、造形物を完成させることができる。ステップを繰り返す回数は、スライスデータの数に対応する。

材料供給ステップ（Ｓ１５１）においては、図２８に示すように、ノズル３２２の先端からステージ３１３の上面に向かってペースト３９２を供給する。ここで、「供給」とは、ノズル３２２を＋Ｘ方向に動かしながら、歯磨き粉をチューブから出して歯ブラシの上に置くように、ペースト３９２をゆっくりとステージ３１３の上面に置いていくことをいう。本実施形態において、供給機構３２０は、Ｙ方向に延びるライン型のノズル３２２を備えており、このノズル３２２を＋Ｘ方向に動かしながらペースト３９２を供給することによって、ＸＹ平面上に四角形のペースト層を形成している。ノズル３２２は、シリアル型であっても良い。シリアル型のノズルの場合は、ノズルを＋Ｘ方向と＋Ｙ方向に動かしながら、一筆書きをするような要領でノズル３２２の先端からペースト３９２を供給する。また、材料供給ステップ（Ｓ１５１）において、平坦化機構３２３は、供給機構３２０の移動に伴って、加工部３１０上に出されたペーストの表面をなでながら移動する。平坦化機構３２３は、ペーストの表面をなでながら移動することによって、ペーストの厚みを平坦化する。本実施形態では、ペースト３９２を供給しながらペースト層の平坦化を行っているが、ペースト３９２をステージ３１３上に供給し終えた後に、ペースト層の平坦化を実施しても良い。

プラズマ照射ステップ（Ｓ１５２）においては、図３２に示すように、プラズマ照射機構３９０を用いてプラズマ照射する。プラズマ照射ステップ（Ｓ１５２）において、目的に応じたガス種を選択して放電処理を行うことで、ペースト層と液体材料とのぬれ性および浸透性を制御することができる。また、ペースト層と硬化後の液体材料との界面を整えることができる。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。なお、プラズマ照射ステップＳ１５２は、省略しても良い。

液体材料塗布ステップ（Ｓ１５３）においては、ステージ３１３上に供給されたペースト３７０に対して選択的に液体材料を塗布する。具体的には、図２９に示すように、塗布機構３３０をＸＹ平面に沿って動かしながら、ステージ３１３上に堆積したペースト３９２の層に向かって選択的に液体材料を塗布する。

プラズマ照射ステップ（Ｓ１５４）においては、図３２に示すように、プラズマ照射機構３９０を用いてプラズマを照射する。プラズマ照射ステップＳ１５５は、単位層を形成
している途中において実施される。具体的には、液体材料塗布ステップ（Ｓ１５３）の後、エネルギー照射ステップ（Ｓ１５５）の前のタイミング、すなわち、液体材料を塗布した後、これを硬化させる前のタイミングで実施される。

このようなタイミングでプラズマ照射ステップ（Ｓ１５５）を実施することによって、放電処理によって発生したラジカルにより液体材料表面に薄い固化膜が形成されるので、液体材料のピニング効果が期待できる。また、液体材料を硬化させた後に形成されるペースト層が均一となりやすい。さらに、結着剤が放射線によって硬化する材料である場合には、結着剤を塗布した後、この結着剤を硬化させる前に放電処理を行うことで、結着剤表面において酸素による重合阻害を低減することができるため、結着剤の放射線による硬化性が向上する。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。なお、プラズマ照射ステップＳ１５５は、省略しても良い。

エネルギー照射ステップ（Ｓ１５５）においては、図２９に示すように、液体材料を塗布した後、エネルギー照射機構３４０によってエネルギーを照射する。このようにして、液体材料が硬化することにより、単位層が形成される。

側面処理の要否を判断するステップ（Ｓ１５６）においては、１つまたは複数の単位層の側面を研磨する必要があるか否かを判断する。通常は、複数の単位層（たとえば５〜１０層）が積層された後に、その側面を研磨する。このようにすることで、効率良く造形物を製造することができ、また、１つの単位層毎に側面を研磨する場合よりも側面の平滑性が良好となる。なお、これに限らず、単位層毎に側面を研磨してもよいことは言うまでもない。

側面処理の要否を判断するステップ（Ｓ１５６）では、たとえば、目的とする造形物の形状が格子状のように複雑な形状である場合には、段差が生じる単位層を積層する前に、１つまたは複数の単位層の側面を研磨するように判断される。また、逆テーパー状のような形状である場合には、５〜１０層が積層された後に、側面を研磨するように判断される。

側面処理の要否を判断するステップ（Ｓ１５６）において、単位層の側面を研磨する必要があると判断した場合は、図３０および図３１に示すように、上面および側面の研磨ステップ（Ｓ１５７）を行う。

一方、側面処理の要否を判断するステップ（Ｓ１５６）において、単位層の側面を研磨する必要がないと判断した場合は、図３０に示すように、上面の研磨ステップ（Ｓ１５９）を行う。

図３０および図３１に示したように、本実施形態では、上面の研磨には第１のグラインダー３７０を、側面の研磨には第２のグラインダー３８０を使用している。第１のグラインダー３７０および第２のグラインダー３８０による研磨方法の具体例や、これらの機能については、上述の第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。第２のグラインダー３８０は、ペースト３９２を少し潜るようにして造形物の側面を研磨する。この際、第２のグラインダー３８０によって造形物の周辺にある材料の層に凹凸が発生し、ペースト層が乱れる可能性があるが、次の材料が供給されると、その乱れは解消する。上面および側面の研磨ステップ（Ｓ１５７）において、造形物の上面と側面の研磨は、これらを同
時に実施してもよいし、上面の研磨を終えた後に側面の研磨を実施してもよいし、側面の研磨を終えた後に上面の研磨を実施してもよい。

プラズマ照射ステップ（Ｓ１５８，Ｓ１６０）においては、図３２に示すように、プラズマ照射機構３９０を用いて、プラズマを照射する。上面と側面の研磨ステップ（Ｓ１５７）の後のプラズマ照射ステップ（Ｓ１５８）においては、研磨した上面と側面に対してプラズマの照射を行う。また、上面の研磨ステップ（Ｓ１５９）の後のプラズマ照射ステップ（Ｓ１６０）においては、研磨した上面に対してプラズマの照射を行う。プラズマ照射機構３９０によって、単位層の表面にプラズマ処理を施すことによって、単位層の表面の状態や性質を変化させることができる。たとえば、プラズマ処理によって、単位層の表面を適度に荒らすことによるアンカー効果や、単位層の表面の重合結合を切断する効果が得られる。このように、表面が改質された単位層上に、次の単位層を構成する樹脂材料を付与することで、単位層間の界面強度（密着性）が向上する。また、目的に応じたガス種を選択し、放電処理を行うことで、単位層の積層界面のぬれ性を制御することができ、加工精度も向上する。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。上面と側面の両方にプラズマを照射する場合、これらを同時に実施してもよいし、上面のプラズマ照射を終えた後に側面のプラズマ照射を実施してもよいし、側面のプラズマ照射を終えた後に上面のプラズマ照射を実施してもよい。なお、上面のプラズマ照射と側面のプラズマ照射を順番に実施する場合には、上面用のプラズマ照射機構と、側面用のプラズマ照射機構と、を別々に設けてもよい。

次層の有無を判断するステップ（Ｓ１６１）においては、単位層の形成が終了した時点で、次の単位層を形成する必要があるか否かを判断する。

次の単位層を形成する必要がある場合には、次の移動ステップ（Ｓ１６２）を実行する。移動ステップ（Ｓ１６２）においては、ステージ３１３を単位層の厚さの分だけ−Ｚ方向に移動させる。ステージ３１３を−Ｚ方向に移動させる代わりに、ノズル３２２を単位層の厚さの分だけ＋Ｚ方向に移動させるようにしても良い。移動ステップ（Ｓ１６２）を実行することにより、単位層を形成する過程において、ノズル３２２と造形途中の造形物とのＺ軸方向に対する距離を常に一定とすることができる。

また、移動ステップ（Ｓ１６２）において、ノズル３２２が単位層の厚さの分だけ＋Ｚ方向に移動する場合には、プラズマ照射機構３９０についても単位層の厚さの分だけ＋Ｚ方向に移動させる。一方、ステージ３１３が単位層の厚さの分だけ−Ｚ方向に移動する場合には、プラズマ照射機構３９０はＺ軸方向には移動させない。このようにすることで、単位層を形成する過程において、プラズマ照射機構３９０と造形途中の造形物とのＺ軸方向に対する距離を常に一定とすることができる。

次の単位層を形成する必要がない場合には、洗浄ステップＳ１６３を実施する。洗浄ステップ（Ｓ１６３）においては、液体材料によって固められなかったペーストを洗い流す。洗浄ステップ（Ｓ１６３）は、たとえば水洗によって行うことができる。これにより、目的とする造形物が得られる。

以上説明したように、本実施形態の三次元造形装置４００は、グラインダー３７０及び３８０と、プラズマ照射機構３９０とを備えている。また、本実施形態の造形方法は、研磨ステップ（Ｓ１５７，Ｓ１５９）と、その後に実施されるプラズマ照射ステップ（Ｓ１５８，Ｓ１６０）と、を含んでいる。研磨ステップ（Ｓ１５７，Ｓ１５９）において、単位層の表面を研磨することによって、表面を平滑にした後、プラズマ照射ステップ（Ｓ１５８，Ｓ１６０）における放電処理によって表面の状態や性質を変えることで、樹脂材料と他の材料の親和性を高めたり、積層界面における樹脂材料同士の結合性、反応性、密着
性などを高めたりすることができる。その結果、造形物の寸法精度、表面の平坦性、強度を向上させることができる。また、造形物の表面における塗料の密着性や塗装の強度も向上するため、造形物の美観を向上させることもできる。さらに、造形物の表面と塗料との密着性を向上させるためのプライマー処理等が不要となる。

図２６等に示した三次元造形装置４００では、塗布機構３３０とエネルギー照射機構３４０とが一体化されていたが、それぞれを別々に構成しても良い。また、塗布機構３３０とエネルギー照射機構３４０とプラズマ照射機構３９０とをすべて一体化しても良い。また、塗布機構３３０とプラズマ照射機構３９０とを一体化したり、プラズマ照射機構３９０とエネルギー照射機構３４０とを一体化したりしても良い。また、これらの機構を構成するヘッドは、Ｘ方向およびＹ方向のいずれか一方向に走査するラインヘッドでもよいし、Ｘ方向およびＹ方向の二方向に走査するシリアルヘッドでもよい。エネルギー照射機構３４０に関しては、液体材料に十分なエネルギーを付与できるのであれば、面照射タイプのエネルギー照射手段を使用してもよい。

１．５．第５の実施形態
第５の実施形態では、インクジェット法を用いた造形物の製造方法について説明する。インクジェット法とは、光や熱などのエネルギーによって硬化する材料を含むインクを、インクジェットヘッドからステージ上に所定の形状となるように吐出し、これを硬化させる工程を積み重ねることによって造形物を製造する方法である。以下、第５の実施形態で使用するインク、三次元造形装置の構成、第５の実施形態に係る造形物の製造方法の順に説明する。

１．５．１．インク
使用するインクとしては、光や熱などのエネルギーによって硬化する公知の樹脂材料を含むインクを用いることができる。具体的には、単官能エチレン性不飽和単量体や多官能エチレン性不飽和単量体などの重合性化合物と、重合開始剤と、を少なくとも含み、必要に応じて重合禁止剤、界面活性剤、着色剤（顔料等）、酸化防止剤、連鎖移動剤、充填剤（金属粉、シリカ等）等を含むインクが挙げられる。

１．５．２．装置構成
図３３は、第５の実施形態において使用する三次元造形装置の概略を模式的に示す説明図である。三次元造形装置５００は、図３３に示すように、三次元物体を造形するためのステージ４１０を有する。

ステージ４１０は、図３３に示すように、三次元物体を造形するための作業面である。ステージ４１０の上面は、ＸＹ平面に平行である。ステージ４１０は、−Ｚ方向に移動可能に構成されている。

三次元造形装置５００は、インクをステージ４１０上に射出するインクジェットヘッド４２０と、射出されたインクにエネルギーを照射するエネルギー照射機構４３０を有する。

インクジェットヘッド４２０は、ステージ４１０上の所定の位置にインクを射出する。インクジェットヘッド４２０のノズルからインクを射出させる方式としては、以下のものが挙げられる。すなわち、ノズルとノズルの前方に置いた加速電極の間に強電界を印加し、ノズルから液滴状のインクを連続的に吐出させ、インクの液滴が偏向電極間を飛翔する間に記録情報信号を偏向電極に与えて記録する方式又はインクの液滴を偏向することなく記録情報信号に対応して吐出させる方式（静電吸引方式）、小型ポンプでインクに圧力を加え、ノズルを水晶振動子等で機械的に振動させることにより、強制的にインクの液滴を
吐出させる方式、インクに圧電素子で圧力と記録情報信号を同時に加え、インクの液滴を吐出・記録させる方式（ピエゾ方式）、インクを記録情報信号にしたがって微小電極で加熱発泡させ、インクの液滴を吐出・記録させる方式（サーマルジェット方式）等が挙げられる。インクは、スライスデータに対応した形状で、ステージ４１０上に供給される。

インクをスライスデータに対応した形状に供給するために、インクジェットヘッド４２０とステージ４１０は、次のいずれかの態様で構成される。
（１）インクジェットヘッド４２０は、Ｘ方向およびＹ方向の両方に移動可能に構成する。ステージ４１０は、Ｘ方向およびＹ方向において固定された構成とする。
（２）インクジェットヘッド４２０は、Ｘ方向に移動可能で、Ｙ方向において固定された構成とする。ステージ４１０は、Ｙ方向に移動可能で、Ｘ方向において固定された構成とする。
（３）ステージ４１０は、Ｘ方向およびＹ方向の両方に移動可能に構成する。インクジェットヘッド４２０は、Ｘ方向およびＹ方向において固定された構成とする。
（４）インクジェットヘッド４２０は、Ｘ方向の全体をカバー可能なライン状のヘッドを利用する。このライン状のヘッドをＹ方向に移動可能に構成する。ステージ４１０は、Ｘ方向およびＹ方向において固定された構成とする。
（５）インクジェットヘッド４２０は、Ｘ方向の全体をカバー可能なライン状のヘッドを利用する。このライン状のヘッドは、Ｘ方向およびＹ方向において固定された構成とする。ステージ４１０は、Ｙ方向に移動可能に構成する。

本実施形態の三次元造形装置５００は、上記（１）の構成を採用している。

インクジェットヘッド４２０には、ステージ４１０上に射出されたインク層の厚みを平坦化する平坦化機構を一体的に設けてもよい。この平坦化機構は、インクジェットヘッド４２０とは別途設けてもよい。平坦化機構としては、たとえばスキージーのようなワイピング機能を有するものが挙げられる。なお、ステージ４１０上に射出されたインク層の厚みの均一性が高い場合には、平坦化機構を設ける必要はない。

エネルギー照射機構４３０は、射出されたインクにエネルギーを照射して硬化させる機構である。エネルギー照射機構４３０は、ＸＹ平面に沿って移動する。エネルギー照射機構４３０は、紫外線などの光源や、ヒーターなどの熱源によって構成される。硬化の手段としては、たとえば樹脂材料の重合反応を利用する方法などが挙げられる。なお、図３３等には、インクジェットヘッド４２０とエネルギー照射機構４３０とを一体化したものが記載されているが、塗布機構４２０とエネルギー照射機構４３０とを一体化せずに別々の構成としても構わない。

三次元造形装置５００は、スライスデータに基づいて各機構を制御する制御部４４０を有する。上述したステージ４１０、インクジェットヘッド４２０、エネルギー照射機構４３０、及び後述する第１のグラインダー４５０、第２のグラインダー４６０、およびプラズマ照射機構４７０は、制御部４４０によって制御される。制御部４４０は、スライスデータに基づいた所望の形状となるようにインクジェットヘッド４２０を駆動させてインクをステージ４１０上に射出させる。また、制御部４４０は、エネルギー照射機構４３０からエネルギーをステージ４１０上のインク層に向けて照射させる。制御部４４０は、後述する所定のタイミングで、第１のグラインダー４５０および第２のグラインダー４６０を駆動して、単位層の上面や側面を研磨させる。制御部４４０は、後述する所定のタイミングで、プラズマ照射機構４７０を駆動して、プラズマを照射させる。制御部４４０は、単位層が形成された後、次の単位層を形成する前に、ステージ４１０を−Ｚ方向に単位層の厚さの分だけ移動させる。こうした操作を繰り返して、単位層を積層していくことにより、三次元ＣＡＤデータに対応する造形物を製造することが可能となる。

さらに、三次元造形装置５００は、第１のグラインダー４５０、第２のグラインダー４６０、およびプラズマ照射機構４７０を備える。第１のグラインダー４５０は、単位層の上面を研磨するためのものである。第２のグラインダー４６０は、１つまたは複数の単位層の側面を研磨するためのものである。プラズマ照射機構４７０は、ＸＹ平面に沿って移動しながら、インクの表面や、単位層の積層界面に、プラズマを照射する機構である。第１のグラインダー４５０、第２のグラインダー４６０、およびプラズマ照射機構４７０の構造等については、それぞれ、変形例も含め、第１の実施形態で説明した第１のグラインダー５０、第２のグラインダー６０、およびプラズマ照射機構７０と同様であるため、説明を省略する。本実施形態において、第１のグラインダー４５０、第２のグラインダー４６０、およびプラズマ照射機構４７０は三次元造形装置５００に組み込まれているが、三次元造形装置５００から独立したグラインダーやプラズマ照射機構を、制御部４４０と接続して、制御部４４０によってこれを駆動するようにしてもよい。

１．５．３．造形物の製造方法
図３４は、第５の実施形態に係る造形物の製造方法における造形工程の一例を示すフローチャートである。図３５は、第５の実施形態における材料供給工程および単位層形成工程を模式的に示す説明図である。図３６は、第５の実施形態における上面研磨工程を模式的に示す説明図である。図３７は、第５の実施形態における側面研磨工程を模式的に示す説明図である。図３８は、第５の実施形態におけるプラズマ照射工程を模式的に示す説明図である。

第５の実施形態に係る造形物の製造方法は、図１に示すように、三次元データ準備工程（Ｓ１０１）と、スライスデータ作成工程（Ｓ１０２）と、造形工程（Ｓ１０３）と、を有している。三次元データ準備工程（Ｓ１０１）およびスライスデータ作成工程（Ｓ１０２）は、上述した通りなので説明を省略する。

造形工程（Ｓ１０３）は、例えば図３４に示すように、インク塗布ステップ（Ｓ１７１）と、プラズマ照射ステップ（Ｓ１７２）と、エネルギー照射ステップ（Ｓ１７３）と、側面処理の要否を判断するステップ（Ｓ１７４）と、上面および側面の研磨ステップ（Ｓ１７５）と、上面および側面のプラズマ照射ステップ（Ｓ１７６）と、上面の研磨ステップ（Ｓ１７７）と、上面のプラズマ照射ステップ（Ｓ１７８）と、次層の有無を判断するステップ（Ｓ１７９）と、移動ステップ（Ｓ１８０）と、を有している。これらのステップを繰り返し実施することによって、造形物を完成させることができる。ステップを繰り返す回数は、スライスデータの数に対応する。

インク塗布ステップ（Ｓ１７１）においては、図３５に示すように、インクジェットヘッド４２０からステージ４１０の上面に向かってインクを射出する。具体的には、インクジェットヘッド４２０および／またはステージ４１０をＸＹ平面に沿って動かしながら、インクをスライスデータに対応した形状に射出する。

プラズマ照射ステップ（Ｓ１７２）においては、図３８に示すように、プラズマ照射機構４７０を用いてプラズマを照射する。プラズマ照射ステップＳ１７２は、単位層を形成している途中において実施される。具体的には、インク塗布ステップ（Ｓ１７１）の後、エネルギー照射ステップ（Ｓ１７３）の前のタイミング、すなわち、インクを塗布した後、これを硬化させる前のタイミングで実施される。

このようなタイミングでプラズマ照射ステップ（Ｓ１７２）を実施することによって、放電処理によって発生したラジカルによりインク表面に薄い固化膜が形成されるので、インクのピニング効果が期待できる。また、インクを硬化させた後に、次の単位層を形成す
るために形成されるインク層が均一となりやすい。さらに、インクが放射線によって硬化する材料である場合には、インクを塗布した後、このインクを硬化させる前に放電処理を行うことで、酸素による重合阻害を低減することができるため、結着剤の放射線による硬化性が向上する。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。なお、プラズマ照射ステップＳ１７２は、省略しても良い。

エネルギー照射ステップ（Ｓ１７３）においては、図３５に示すように、インクを射出した後、エネルギー照射機構４３０によってエネルギーを照射する。このようにして、インク層が硬化することにより、単位層が形成される。本実施形態において、エネルギー照射機構４３０が一体的に設けられたインクジェットヘッド４２０は、シリアル型のヘッド４２０であり、Ｘ方向とＹ方向に移動しながら単位層を形成する。ヘッド４２０は、Ｘ方向またはＹ方向のうち一方向のみに移動しながら単位層を形成するライン型のヘッドであっても良い。

側面処理の要否を判断するステップ（Ｓ１７４）においては、１つまたは複数の単位層の側面を研磨する必要があるか否かを判断する。通常は、複数の単位層（たとえば５〜１０層）が積層された後に、その側面を研磨する。このようにすることで、効率良く造形物を製造することができると共に、１つの単位層毎に側面を研磨する場合よりも側面の平滑性が良好となる。なお、これに限らず、単位層毎に側面を研磨してもよいことは言うまでもない。

側面処理の要否を判断するステップ（Ｓ１７４）では、たとえば、目的とする造形物の形状が格子状のように複雑な形状である場合には、段差が生じる単位層を積層する前に、１つまたは複数の単位層の側面を研磨するように判断される。また、逆テーパー状のような形状である場合には、５〜１０層が積層された後に、側面を研磨するように判断される。

側面処理の要否を判断するステップ（Ｓ１７４）において、単位層の側面を研磨する必要があると判断した場合は、図３６および図３７に示すように、上面および側面の研磨ステップ（Ｓ１７５）を行う。

一方、側面処理の要否を判断するステップ（Ｓ１７４）において、単位層の側面を研磨する必要がないと判断した場合は、図３６に示すように、上面の研磨ステップ（Ｓ１７７）を行う。

図３６および図３７に示したように、本実施形態では、上面の研磨に第１のグラインダー４５０を、側面の研磨には第２のグラインダー４６０を使用している。第１のグラインダー４５０および第２のグラインダー４６０による研磨方法の具体例や、これらの機能については、上述の第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。上面および側面の研磨ステップ（Ｓ１７５）において、造形物の上面と側面の研磨は、これらを同時に実施してもよいし、上面の研磨を終えた後に側面の研磨を実施してもよいし、側面の研磨を終えた後に上面の研磨を実施してもよい。

プラズマ照射ステップ（Ｓ１７６，Ｓ１７８）においては、図３８に示すように、プラズマ照射機構４７０を用いて、プラズマ照射する。上面と側面の研磨ステップ（Ｓ１７５）の後のプラズマ照射ステップ（Ｓ１７６）においては、研磨した上面と側面に対してプ
ラズマの照射を行う。また、上面の研磨ステップ（Ｓ１７７）の後のプラズマ照射ステップ（Ｓ１７８）においては、研磨した上面に対してプラズマの照射を行う。プラズマ照射機構４７０によって、単位層の表面にプラズマ処理を施すことによって、単位層の表面の状態や性質を変化させることができる。たとえば、プラズマ処理によって、単位層の表面を適度に荒らすことによるアンカー効果や、単位層の表面の重合結合を切断する効果が得られる。このように、表面が改質された単位層上に、次の単位層を構成する樹脂材料を付与することで、単位層間の界面強度（密着性）が向上する。また、目的に応じたガス種を選択し、放電処理を行うことで、単位層の積層界面のぬれ性を制御することができ、加工精度も向上する。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。上面と側面の両方にプラズマを照射する場合、これらを同時に実施してもよいし、上面のプラズマ照射を終えた後に側面のプラズマ照射を実施してもよいし、側面のプラズマ照射を終えた後に上面のプラズマ照射を実施してもよい。なお、上面のプラズマ照射と側面のプラズマ照射を順番に実施する場合には、上面用のプラズマ照射機構と、側面用のプラズマ照射機構と、を別々に設けてもよい。

次層の有無を判断するステップ（Ｓ１７９）においては、単位層の形成が終了した時点で、次の単位層を形成する必要があるか否かを判断する。次の単位層を形成する必要がない場合には、三次元の造形物が完成する。

次の単位層を形成する必要がある場合には、次の移動ステップ（Ｓ１８０）を実行する。移動ステップ（Ｓ１８０）においては、ステージ４１０を単位層の厚さの分だけ−Ｚ方向に移動させる。ステージ４１０を−Ｚ方向に移動させる代わりに、インクジェットヘッド４２０を単位層の厚さの分だけ＋Ｚ方向に移動させるようにしても良い。移動ステップ（Ｓ１８０）を実行することにより、単位層を形成する過程において、インクジェットヘッド４２０と造形途中の造形物とのＺ軸方向に対する距離を常に一定とすることができる。

また、移動ステップ（Ｓ１８０）において、インクジェットヘッド４２０が単位層の厚さの分だけ＋Ｚ方向に移動する場合には、プラズマ照射機構４７０についても単位層の厚さの分だけ＋Ｚ方向に移動させる。一方、ステージ４１０が単位層の厚さの分だけ−Ｚ方向に移動する場合には、プラズマ照射機構４７０はＺ軸方向には移動させない。このようにすることで、単位層を形成する過程において、プラズマ照射機構４７０と造形途中の造形物とのＺ軸方向に対する距離を常に一定とすることができる。

以上説明したように、本実施形態の三次元造形装置５００は、グラインダー４５０及び４６０と、プラズマ照射機構４７０とを備えている。また、本実施形態の造形方法は、研磨ステップ（Ｓ１７５，Ｓ１７７）と、その後に実施されるプラズマ照射ステップ（Ｓ１７６，Ｓ１７８）と、を含んでいる。研磨ステップ（Ｓ１７５，Ｓ１７７）において、単位層の表面を研磨することによって、表面を平滑にした後、プラズマ照射ステップ（Ｓ１７６，Ｓ１７８）における放電処理によって表面の状態や性質を変えることで、樹脂材料と他の材料の親和性を高めたり、積層界面における樹脂材料同士の結合性、反応性、密着性などを高めたりすることができる。その結果、造形物の寸法精度、表面の平坦性、強度を向上させることができる。また、造形物の表面における塗料の密着性や塗装の強度も向上するため、造形物の美観を向上させることもできる。さらに、造形物の表面と塗料との密着性を向上させるためのプライマー処理等が不要となる。

１．５．４．変形例
上述した第５の実施形態のインク塗布ステップ（Ｓ１７１）において、単位層を形成するためのインクに加え、サポート層を形成するためのインクを射出するようにしてもよい。

上層を構成する単位層と、下層を構成する単位層の形状が異なっており、上層を構成する単位層の一部に下層によって支持されない部分がある場合には、そのような部分をサポート層によって支持する必要がある。このような場合には、インク塗布ステップ（Ｓ１７１）において、インクジェットヘッド４２０から、単位層を形成するためのインクと、サポート層を形成するためのインクとを射出して、単位層およびサポート層を形成すれば良い。

サポート層を形成するためのサポート材としては、光や熱などのエネルギーによって硬化する公知の樹脂材料を含むインクを用いることができるが、水や特定の溶媒への溶解性に優れたインクであることが好ましい。サポート層は、造形物が完成した後は不要となるため、水や特定の溶媒（造形物を構成する材料は溶かすことができず、サポート層を構成する材料のみを溶かすことができる溶媒）で洗浄することによって、簡単に除去できる材料が好ましい。

本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１０…ステージ、２０…ノズル、３０…樹脂材料、４０…制御部、５０…第１のグラインダー、６０…第２のグラインダー、７０…プラズマ照射機構、７１…プラズマ発生部、７２…ガス供給室、７３…電極対、７３ａ，７３ｂ…電極、７４…電源、７５…プラズマ照射ノズル、７６（７６ａ，７６ｂ）…排気管、７７…ガス供給口、７８…吸気口、７９…排気口、８０…造形物、１００…三次元造形装置、１１０…加工部、１１１…開口部、１１２…第１のスペース、１１３…ステージ、１２０…供給部、１２１…開口部、１２２…第２のスペース、１２３…ピストン、１３０…接続面、１３１…反対面、１４０…供給機構、１５０…エネルギー照射機構、１５１…エネルギー源、１５２…ミラー、１６０…制御部、１７０…第１のグラインダー、１８０…第２のグラインダー、１９０…プラズマ照射機構、１９２…樹脂パウダー、２００…三次元造形装置、２１０…加工部、２１１…開口部、２１２…第１のスペース、２１３…ステージ、２２０…供給部、２２１…開口部、２２２…第２のスペース、２３０…接続面、２３１…反対面、２４０…供給機構、２５０…塗布機構、２５２…エネルギー照射機構、２６０…制御部、２７０…第１のグラインダー、２８０…第２のグラインダー、２９０…プラズマ照射機構、２９２…基材、３００…三次元造形装置、３１０…加工部、３１１…開口部、３１２…スペース、３１３…ステージ、３２０…供給機構、３２２…ノズル、３２３…平坦化機構、３２４…ペースト貯留部、３３０…塗布機構、３４０…エネルギー照射機構、３５０…制御部、３７０…第１のグラインダー、３８０…第２のグラインダー、３９０…プラズマ照射機構、３９２…ペースト、４００…三次元造形装置、４１０…ステージ、４２０…インクジェットヘッド、４３０…エネルギー照射機構、４４０…制御部、４５０…第１のグラインダー、４６０…第２のグラインダー、４７０…プラズマ照射機構、５００…三次元造形装置、Ｄ…放電部分

Claims

材料または工程の一部に樹脂材料を利用し、造形物をＮ個の層に分離した単位層を第１層から第Ｎ層まで順番に形成しながら積み重ねることによって造形物を製造する方法であって、
１つまたは複数の単位層を形成し終えた後、次の単位層を形成し始める前に、
前記１つまたは複数の単位層の表面を研磨し、
研磨された前記１つまたは複数の単位層の表面に放電処理することを特徴とする、造形物の製造方法。
前記１つまたは複数の単位層の表面が、前記１つまたは複数の単位層の上面および／または前記１つまたは複数の単位層の側面である、請求項１に記載の造形物の製造方法。
複数の単位層を形成し終えた後、次の単位層を形成し始める前に、前記複数の単位層の側面を研磨し、研磨された前記複数の単位層の側面に放電処理することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の造形物の製造方法。
１つの単位層を形成し終えた後、次の単位層を形成し始める前に、前記１つの単位層の上面を研磨し、研磨された前記１つの単位層の上面に放電処理することを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の造形物の製造方法。
パウダー状の基材をステージ上に供給した後、前記基材同士を結着させるための前記樹脂材料を含有する液体材料を塗布し、該液体材料を硬化させることによって前記単位層を形成し、
前記液体材料を塗布した後、該液体材料を硬化させる前に放電処理することを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の造形物の製造方法。
パウダー状の基材を含有するペースト層を形成した後、前記ペースト層上に前記基材同士を結着させるための前記樹脂材料を含有する液体材料を塗布し、該液体材料を硬化させることによって前記単位層を形成し、
前記ペースト層を形成した後、前記液体材料を塗布する前に放電処理することを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の造形物の製造方法。
パウダー状の基材を含有するペースト層を形成した後、前記ペースト層上に前記基材同士を結着させるための前記樹脂材料を含有する液体材料を塗布し、該液体材料を硬化させることによって前記単位層を形成し、
前記ペースト層上に前記液体材料を塗布した後、前記液体材料を硬化させる前に放電処理することを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の造形物の製造方法。
インクジェット方式で前記樹脂材料を含有する液体材料を塗布し、前記液体材料にエネルギーを付与して硬化させることによって単位層を形成し、
前記液体材料を塗布した後、前記液体材料を硬化させる前に放電処理することを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の造形物の製造方法。
前記放電処理が、大気圧プラズマまたはコロナ放電である、請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の造形物の製造方法。
前記放電処理が不活性ガスを含む雰囲気下で行われることを特徴とする、請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の造形物の製造方法。
前記放電処理が酸素を含む雰囲気下で行われることを特徴とする、請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の造形物の製造方法。
前記放電処理がフッ素を含む雰囲気下で行われることを特徴とする、請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の造形物の製造方法。