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JP6770245B2 - 三次元造形物の製造方法及び三次元造形物の製造装置 - Google Patents

三次元造形物の製造方法及び三次元造形物の製造装置 Download PDF

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Description

本発明は、三次元造形物の製造方法及び三次元造形物の製造装置に関する。
従来から、層を積層することにより三次元造形物を製造する製造方法が実施されている。このような三次元造形物の製造方法として、例えば、特許文献１には、粉末材料を供給しつつ該粉末材料に熱エネルギーを付与して層を形成し、該層を積層することにより三次元造形物を製造する製造方法が開示されている。
特開２００６−２０００３０号公報
しかしながら、従来の層を積層することにより三次元造形物を製造する製造方法では、三次元造形物の製造精度と製造速度とを両立することは困難であった。例えば、材料の供給速度を速くする（供給単位を大きくする）ことや熱エネルギーの付与範囲を広くすることで三次元造形物の製造速度は速くなるが、製造精度は低くなってしまう。一方、材料の供給速度を遅くする（供給単位を小さくする）ことや熱エネルギーの付与範囲を狭くことで三次元造形物の製造精度は高くなるが、製造速度は遅くなってしまう。
そこで、本発明の目的は、三次元造形物の製造精度と製造速度とを両立することである。
上記課題を解決するための本発明の第１の態様の三次元造形物の製造方法は、層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、前記層における前記三次元造形物の輪郭領域に該三次元造形物の第１造形材料を供給する第１造形材料供給工程と、前記輪郭領域に供給された前記第１造形材料にエネルギーを付与して該第１造形材料を固める第１造形材料固化工程と、前記三次元造形物に対応する領域であって前記輪郭領域に接する接触領域に第２造形材料を供給する第２造形材料供給工程と、前記接触領域に供給された前記第２造形材料にエネルギーを付与して該第２造形材料を固める第２造形材料固化工程と、を有することを特徴とする。
本態様によれば、第１造形材料供給工程における第１造形材料の供給単位よりも第２造形材料供給工程における第２造形材料の供給単位のほうが大きいこと、及び、第１造形材料固化工程におけるエネルギーの付与範囲よりも第２造形材料固化工程におけるエネルギーの付与範囲のほうが広いこと、の少なくとも一方を実行可能である。このため、三次元造形物の製造精度を高める必要のある輪郭領域を高精度で形成でき、三次元造形物の製造精度を高める必要のない接触領域を高速で形成できる。したがって、三次元造形物の製造精度と製造速度とを両立することができる。
ここで、「第１造形材料」と「第２造形材料」とは異なるものであっても同じものであってもよく、同じものであった場合に「第１造形材料供給工程」が「第２造形材料供給工程」を含む（「第１造形材料供給工程」が「第２造形材料供給工程」を含むことで、「第１造形材料供給工程」とは別に「第２造形材料供給工程」を行わない）場合も本発明に含まれる。
なお、「輪郭」とは、三次元造形物の表面の形状を形作る部分である。三次元造形物の表面にコート層を設ける場合などはコート層の下層を意味する場合もある。
また、「供給単位」とは、例えば、間欠的に供給される場合は個々の大きさ（液滴の状態で供給される場合は液滴の大きさ）、連続的に供給される場合は供給幅を意味する。そして、「エネルギーの付与範囲」とは、例えば、エネルギーを照射して付与する場合はエネルギーの照射面積を意味する。
また、「固める」とは、粒子が焼結する形態、溶融後に固化する形態も、固めるものとして説明する。
また、「製造精度を高めるということ以外の目的を達成可能な第２造形材料」とは、特に限定はないが、例えば、金属材料（合金、金属酸化物も含む）が挙げられ、金属材料とすることで、三次元造形物の強度を高めることができ、高い強度の三次元造形物を構成できる。
本発明の第２の態様の三次元造形物の製造方法は、層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、前記層における前記三次元造形物の輪郭領域に該三次元造形物の第１造形材料を供給する第１造形材料供給工程と、前記輪郭領域に供給された前記第１造形材料にエネルギーを付与して該第１造形材料を固める第１造形材料固化工程と、前記輪郭領域に接する接触領域にエネルギーを付与しながら、前記三次元造形物に対応する領域に第２造形材料を供給し、前記接触領域に供給された前記第２造形材料を固める第２造形材料固化工程と、を有することを特徴とする。
本態様によれば、第１造形材料供給工程における第１造形材料の供給単位よりも第２造形材料固化工程における第２造形材料の供給単位のほうが大きいこと、及び、第１造形材料固化工程におけるエネルギーの付与範囲よりも第２造形材料固化工程におけるエネルギーの付与範囲のほうが広いこと、の少なくとも一方を実行可能である。このため、三次元造形物の製造精度を高める必要のある輪郭領域を高精度で形成でき、三次元造形物の製造精度を高める必要のない接触領域を高速で形成できる。したがって、三次元造形物の製造精度と製造速度とを両立することができる。
本発明の第３の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１又は第２の態様において、前記第１造形材料供給工程は、前記第１造形材料を非接触ジェットディスペンサにより前記輪郭領域に供給することを特徴とする。
本態様によれば、第１造形材料を非接触ジェットディスペンサにより輪郭領域に供給する。ここで、非接触ジェットディスペンサは、短い周期で第１造形材料を吐出して配置させることが可能である。このため、三次元造形物の製造速度を速くすることが可能になる。
本発明の第４の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１又は第２の態様において、前記第１造形材料供給工程は、前記第１造形材料をニードルディスペンサにより前記輪郭領域に供給することを特徴とする。
本態様によれば、第１造形材料をニードルディスペンサにより輪郭領域に供給する。ここで、ニードルディスペンサは、細かく量を調整して第１造形材料を所望の位置に正確に配置させることが可能である。このため、三次元造形物の製造精度を高くすることが可能になる。
本発明の第５の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第４のいずれか１つの態様において、前記第２造形材料の供給は、前記第１造形材料供給工程の後に行われることを特徴とする。
第２造形材料の供給を第１造形材料供給工程の後に行うことで三次元造形物の製造精度を高くすることが可能になる。このため、本態様によれば、第２造形材料の供給は第１造形材料供給工程の後に行われるので、三次元造形物の製造精度を高くすることが可能になる。
本発明の第６の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第５の態様において、前記第２造形材料の供給は、前記第１造形材料供給工程により前記輪郭領域が前記層における複数層分形成された後に行われることを特徴とする。
本態様によれば、第２造形材料の供給は第１造形材料供給工程により輪郭領域が複数層分形成された後に行われる。このように、特に精度を高くする必要のない第２造形材料の供給を複数層分まとめて行うことで、三次元造形物の製造速度を速くすることが可能になる。
本発明の第７の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第６のいずれか１つの態様において、前記第１造形材料固化工程は、前記第１造形材料に電磁波を付与して該第１造形材料を固めることを特徴とする。
本態様によれば、第１造形材料固化工程は第１造形材料に電磁波を付与して該第１造形材料を固める。このため、第１造形材料固化工程を簡単に高い精度で行うことができる。
本発明の第８の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第７のいずれか１つの態様において、前記第２造形材料固化工程は、レーザーを照射している前記接触領域に前記第２造形材料を供給し、該第２造形材料を固めることを特徴とする。
本態様によれば、第２造形材料固化工程はレーザーを照射している接触領域に第２造形材料を供給し該第２造形材料を固める。このため、第２造形材料固化工程を簡単に高い精度で行うことができる。
本発明の第９の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第７のいずれか１つの態様において、前記第２造形材料固化工程は、前記第２造形材料にアーク放電により発生する熱を付与して該第２造形材料を固めることを特徴とする。
本態様によれば、第２造形材料固化工程は第２造形材料にアーク放電により発生する熱を付与して該第２造形材料を固める。このため、広い範囲に熱エネルギーを付与することができ、三次元造形物の形成速度を速くすることができるので、第２造形材料固化工程を迅速に行うことができる。
本発明の第１０の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第９のいずれか１つの態様において、前記第１造形材料は、マグネシウム、鉄、銅、コバルト、チタン、クロム、ニッケル、アルミニウム、マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金、アルミナ、シリカを少なくとも１つを含むことを特徴とする。
本態様によれば、特に剛性の高い三次元造形物を製造することができる。
本発明の第１１の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第１０のいずれか１つの態様において、前記第２造形材料の供給では、前記第２造形材料は、ペースト状、粉末状、ワイヤー状及び粒状の少なくともいずれか１つの形態で供給されることを特徴とする。
本態様によれば、ペースト状又は粉末状の形態で簡単に、或いは、ワイヤー状又は粒状の形態で迅速に、第２造形材料を供給することができる。
本発明の第１２の態様の三次元造形物の製造装置は、層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置であって、前記層における前記三次元造形物の輪郭領域に該三次元造形物の第１造形材料を供給する第１造形材料供給部と、前記輪郭領域に供給された前記第１造形材料にエネルギーを付与して該第１造形材料を固める第１造形材料固化部と、前記三次元造形物に対応する領域であって前記輪郭領域に接する接触領域に第２造形材料を供給する第２造形材料供給部と、前記接触領域に供給された前記第２造形材料にエネルギーを付与して該第２造形材料を固める第２造形材料固化部と、を有することを特徴とする。
本態様によれば、第１造形材料供給部における第１造形材料の供給単位よりも第２造形材料固化部における第２造形材料の供給単位のほうが大きいこと、及び、第１造形材料固化部におけるエネルギーの付与範囲よりも第２造形材料固化部におけるエネルギーの付与範囲のほうが広いこと、の少なくとも一方を実行可能である。このため、三次元造形物の製造精度を高める必要のある輪郭領域を高精度で形成でき、三次元造形物の製造精度を高める必要のない接触領域を高速で形成できる。したがって、三次元造形物の製造精度と製造速度とを両立することができる。
本発明の第１３の態様の三次元造形物の製造装置は、層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置であって、前記層における前記三次元造形物の輪郭領域に該三次元造形物の第１造形材料を供給する第１造形材料供給部と、前記輪郭領域に供給された前記第１造形材料にエネルギーを付与して該第１造形材料を固める第１造形材料固化部と、前記輪郭領域に接する接触領域にエネルギーを付与しながら、前記三次元造形物に対応する領域に第２造形材料を供給し、前記接触領域に供給された前記第２造形材料を固める第２造形材料固化部と、を有することを特徴とする。
本態様によれば、第１造形材料供給部における第１造形材料の供給単位よりも第２造形材料固化部における第２造形材料の供給単位のほうが大きいこと、及び、第１造形材料固化部におけるエネルギーの付与範囲よりも第２造形材料固化部におけるエネルギーの付与範囲のほうが広いこと、の少なくとも一方を実行可能である。このため、三次元造形物の製造精度を高める必要のある輪郭領域を高精度で形成でき、三次元造形物の製造精度を高める必要のない接触領域を高速で形成できる。したがって、三次元造形物の製造精度と製造速度とを両立することができる。
（ａ）は本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図、（ｂ）は（ａ）に示すＣ部の拡大図。 （ａ）は本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図、（ｂ）は（ａ）に示すＣ’部の拡大図。 本発明の一の実施形態に係るヘッドベースの概略透視図。 本発明の一の実施形態に係るヘッドユニットの配置と、溶融部の形成形態と、の関係を概念的に説明する平面図。 溶融部の形成形態を概念的に説明する概略図。 ヘッドベースに配置されるヘッドユニットの、その他の配置の例を示す模式図。 本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造過程を表す概略図。 本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造過程を表す概略図。 本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法のフローチャート。
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
図１及び図２は本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図である。
ここで、本実施形態の三次元造形物の製造装置は、２種類の材料供給部及びエネルギー付与部を備えているが、図１及び図２は、各々、一方のエネルギー付与部のみを表した図であり、他方の材料供給部及びエネルギー付与部は省略して表している。
本実施形態に係る三次元造形物の製造装置は、三次元造形物の輪郭領域と該輪郭領域に接する接触領域とを異なる材料を用いて構成することが可能（ただし、同じ材料を用いて構成することも可能）なものである。しかしながら、このような三次元造形物の製造装置に限定されず、三次元造形物の輪郭領域と該輪郭領域に接する接触領域とを同じ材料を用いて構成するものであってもよい。さらには、輪郭領域と接触領域とをグリーンシートを用いて構成するものであってもよい。ここで、本実施形態に係る三次元造形物の製造装置は、三次元造形物の輪郭領域を第１造形材料（以下、単に造形材料とも言う）で構成し、接触領域を第２造形材料（以下、金属材料とも言う）で構成する。ただし、第１造形材料及び第２造形材料に特に限定はない。金属材料のほか、樹脂材料なども使用可能である。
なお、本明細書における「三次元造形」とは、いわゆる立体造形物を形成することを示すものであって、例えば、平板状、いわゆる二次元形状の形状であっても厚みを有する形状を形成することも含まれる。
図１及び図２で表されるように、形成装置２０００は、基台１１０と、基台１１０に備える駆動手段としての駆動装置１１１によって、図示するＸ，Ｙ，Ｚ方向の移動、あるいはＺ軸を中心とする回転方向に駆動可能に備えられたステージ１２０を備えている。そして、図１で表されるように、一方の端部が基台１１０に固定され、他方の端部に、エネルギー照射部１３００と造形材料吐出部１２３０（第１造形材料供給部）とを備えるヘッドユニット１４００を複数保持するヘッドベース１１００が保持固定されるヘッドベース支持部１３０と、を備えている。また、図２で表されるように、一方の端部が基台１１０に固定され他方の端部に金属材料吐出部１６３０（第２造形材料供給部）とアーク放電部を有する溶接棒１８１０とを備える溶接棒ユニット１８００を保持する溶接棒ベース１７００が保持固定される溶接棒支持部７３０と、を備えている。ここで、溶接棒ベース１７００は、ヘッドベース１１００とＸＹ平面において並列に設けられている。
なお、本実施形態の金属材料吐出部１６３０は造形材料吐出部１２３０よりも吐出量が多い（供給単位が大きい）ということ以外は造形材料吐出部１２３０と同様の構成のものである。ただし、このような構成に限定されない。
ステージ１２０上には、三次元造形物５００に形成される過程での部分造形物５０１、５０２及び５０３が層状に形成される。三次元造形物５００の形成には、レーザーによる熱エネルギーの照射及びアーク放電に伴う熱エネルギーの付与がなされるため、ステージ１２０の熱からの保護のため、耐熱性を有する試料プレート１２１を用いて、試料プレート１２１の上に三次元造形物５００を形成してもよい。なお、図１（ａ）及び図２（ａ）では、説明の便宜上、部分造形物５０１、５０２及び５０３の３層を例示したが、所望の三次元造形物５００の形状まで（図１（ａ）及び図２（ａ）中の５０ｎ層まで）積層される。
図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すヘッドベース１１００を示すＣ部拡大概念図である。図１（ｂ）に示すように、ヘッドベース１１００は、複数のヘッドユニット１４００が保持されている。詳細は後述するが、１つのヘッドユニット１４００は、三次元造形物の輪郭領域を形成するための造形材料供給手段としての造形材料供給装置１２００に備える造形材料吐出部１２３０と、エネルギー付与部としてのエネルギー照射部１３００と、が保持治具１４００ａに保持されることで構成される。造形材料吐出部１２３０は、吐出ノズル１２３０ａと、材料供給コントローラー１５００によって吐出ノズル１２３０ａから造形材料を吐出させる吐出駆動部１２３０ｂと、を備えている。
また、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す溶接棒ベース１７００を示すＣ’部拡大概念図である。図２（ｂ）に示すように、溶接棒ベース１７００は、１つの溶接棒ユニット１８００が保持されている。溶接棒ユニット１８００は、金属材料供給手段としての金属材料供給装置１６００に備える金属材料吐出部１６３０と、エネルギー付与部としての溶接棒１８１０と、が保持治具１８００ａに保持されることで構成される。金属材料吐出部１６３０は、吐出ノズル１６３０ａと、材料供給コントローラー１５００によって吐出ノズル１６３０ａから金属材料を吐出させる吐出駆動部１６３０ｂと、を備えている。
エネルギー照射部１３００は、本実施形態ではエネルギーとして電磁波であるレーザーを照射するエネルギー照射部により説明する（以下、エネルギー照射部１３００をレーザー照射部１３００という）。照射されるエネルギーにレーザーを用いることにより、ターゲットとなる供給材料に狙いを定めてエネルギーを照射することができ、品質の良い三次元造形物を形成することができる。また、例えば吐出される材料の種類に合わせて、照射エネルギー量（パワー、走査速度）を制御することが容易に行うことができ、所望の品質の三次元造形物を得ることができる。例えば、吐出される材料を焼結させて固化することや、溶融して固化することも選択可能であることは言うまでもない。すなわち、吐出される材料は、場合によってはこれが焼結材料であったり、溶融材料であったり、その他の方法によって固化する固化材料であったりする。
溶接棒１８１０は、本実施形態ではエネルギーとしてアーク放電により発生する熱を付与するエネルギー付与部である。アーク放電により発生する熱を付与することにより、比較的（あるいは、レーザに比べて）広い範囲に熱エネルギーを付与することができ、三次元造形物の形成速度を速くすることができる。また、例えば、材料の種類に合わせて、アーク放電により発生する熱の量やアーク放電させる位置を制御することができ、所望の範囲の材料を溶融させることができる。
造形材料吐出部１２３０は、ヘッドベース１１００に保持されるヘッドユニット１４００それぞれに対応させた供給材料を収容した造形材料供給ユニット１２１０と供給チューブ１２２０により接続されている。そして、所定の造形材料が造形材料供給ユニット１２１０から造形材料吐出部１２３０に供給される。造形材料供給ユニット１２１０には、本実施形態に係る形成装置２０００によって造形される三次元造形物５００の原料を含む溶融材料（造形材料）が供給材料として造形材料収容部１２１０ａに収容され、個々の造形材料収容部１２１０ａは、供給チューブ１２２０によって、個々の造形材料吐出部１２３０に接続されている。このように、個々の造形材料収容部１２１０ａを備えることにより、ヘッドベース１１００から、複数の異なる種類の溶融材料を供給することができる。
金属材料吐出部１６３０は、溶接棒ベース１７００に保持される溶接棒ユニット１８００に対応させた供給材料を収容した金属材料供給ユニット１６１０と供給チューブ１６２０により接続されている。そして、所定の金属材料が金属材料供給ユニット１６１０から金属材料吐出部１６３０に供給される。金属材料供給ユニット１６１０には、本実施形態に係る形成装置２０００によって造形される三次元造形物５００の原料を含む材料（金属材料）が供給材料として金属材料収容部１６１０ａに収容され、金属材料収容部１６１０ａは、供給チューブ１６２０によって、金属材料吐出部１６３０に接続されている。
溶融材料または焼結材料として供給される造形材料及び金属材料としては、三次元造形物５００の原料となる金属、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）やクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）の粉末、もしくはこれらの金属を１つ以上含む合金（マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金）や、アルミナ、シリカなどの粉末と、溶剤と、バインダーとを含むスラリー状（あるいはペースト状）の混合材料を用いることが可能である。
また、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチックを用いることが可能である。その他、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチックも用いることが可能である。
別の表現をすると、本実施形態の構成材料は、金属粒子を含む流動性組成物である。ただし、粒子に特に限定はなく、金属粒子や合金粒子以外の上述した汎用エンジニアリングプラスチックやエンジニアリングプラスチックの粒子も使用可能である。
形成装置２０００には、図示しない、例えばパーソナルコンピューター等のデータ出力装置から出力される三次元造形物の造形用データに基づいて、上述したステージ１２０、造形材料供給装置１２００に備える造形材料吐出部１２３０及びレーザー照射部１３００、並びに、金属材料供給装置１６００に備える金属材料吐出部１６３０及び溶接棒１８１０を制御する制御手段としての制御ユニット４００を備えている。そして、制御ユニット４００には、図示しないが、ステージ１２０、造形材料吐出部１２３０及びレーザー照射部１３００が連携して駆動及び動作するよう制御するとともに、ステージ１２０、金属材料吐出部１６３０及び溶接棒１８１０が連携して駆動及び動作するよう制御する制御部を備えている。ここで、レーザー照射部１３００は、制御ユニット４００から制御信号がレーザーコントローラー４３０に送られ、レーザーコントローラー４３０から、複数のレーザー照射部１３００のいずれか、またはすべてにレーザーを照射させる出力信号が送られる。また、溶接棒１８１０は、制御ユニット４００から制御信号が溶接棒コントローラー７００に送られ、溶接棒コントローラー７００から、溶接棒１８１０にアークを発生させる出力信号が送られる。
基台１１０に移動可能に備えられているステージ１２０は、制御ユニット４００からの制御信号に基づき、ステージコントローラー４１０においてステージ１２０の移動開始と停止、移動方向、移動量、移動速度などを制御する信号が生成され、基台１１０に備える駆動装置１１１に送られ、図示するＸ，Ｙ，Ｚ方向にステージ１２０が移動する。ヘッドユニット１４００に備える造形材料吐出部１２３０では、制御ユニット４００からの制御信号に基づき、材料供給コントローラー１５００において造形材料吐出部１２３０に備える吐出駆動部１２３０ｂにおける吐出ノズル１２３０ａからの材料吐出量などを制御する信号が生成され、生成された信号により吐出ノズル１２３０ａから所定量の造形材料が吐出される。同様に、溶接棒ユニット１８００に備える金属材料吐出部１６３０では、制御ユニット４００からの制御信号に基づき、材料供給コントローラー１５００において金属材料吐出部１６３０に備える吐出駆動部１６３０ｂにおける吐出ノズル１６３０ａからの材料吐出量などを制御する信号が生成され、生成された信号により吐出ノズル１６３０ａから所定量の金属材料が吐出される。
ヘッドユニット１４００についてさらに詳細に説明する。
図３及び図４は、ヘッドベース１１００に複数保持されるヘッドユニット１４００及びヘッドユニット１４００に保持されるレーザー照射部１３００と材料吐出部１２３０の保持形態の一例を示し、このうち図４は、図１（ｂ）に示す矢印Ｄ方向からのヘッドベース１１００の外観図である。
図３に示すように、ヘッドベース１１００に複数のヘッドユニット１４００が、図示しない固定手段によって保持されている。また、図４で表されるように、本実施形態に係る形成装置２０００のヘッドベース１１００では、図下方より第１列目のヘッドユニット１４０１、第２列目のヘッドユニット１４０２、第３列目のヘッドユニット１４０３、そして第４列目のヘッドユニット１４０４の、４ユニットが千鳥状に配置されたヘッドユニット１４００を備えている。そして、図４（ａ）で表されるように、ステージ１２０をヘッドベース１１００に対してＸ方向に移動させながら各ヘッドユニット１４００から造形材料を吐出し、レーザー照射部１３００からレーザーＬを照射させて溶融部５０（溶融部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び５０ｄ）が形成される。溶融部５０の形成手順については後述する。
なお、図示しないが、それぞれのヘッドユニット１４０１〜１４０４に備える造形材料吐出部１２３０は、吐出駆動部１２３０ｂを介して造形材料供給ユニット１２１０に供給チューブ１２２０で繋がれ、レーザー照射部１３００はレーザーコントローラー４３０に繋がれ、保持治具１４００ａに保持される構成となっている。
図３に示すように、造形材料吐出部１２３０は吐出ノズル１２３０ａから、ステージ１２０上に載置された試料プレート１２１上に向けて材料Ｍ（本実施形態では造形材料に対応し、以下、材料Ｍという）が吐出される。ヘッドユニット１４０１では、材料Ｍが液滴状で吐出される吐出形態を例示し、ヘッドユニット１４０２では、材料Ｍが連続体状で供給される吐出形態を例示している。材料Ｍの吐出形態は、液滴状であっても連続体状であっても、どちらでもよいが、本実施形態では材料Ｍは液滴状で吐出される形態により説明する。
吐出ノズル１２３０ａから液滴状に吐出された材料Ｍは、略重力方向に飛翔し、試料プレート１２１上に着弾する。レーザー照射部１３００は、保持治具１４００ａに保持されている。ステージ１２０の移動に伴い、試料プレート１２１上に着弾した材料Ｍがレーザー照射範囲内に入ると材料Ｍが溶融し、レーザー照射範囲外では固化して溶融部５０が形成される。この溶融部５０の集合体が、試料プレート１２１上に形成される三次元造形物５００の部分造形物、例えば部分造形物５０１（図１参照）として形成される。なお、溶融部５０及び部分造形物５０１は、三次元造形物の輪郭領域にも、該輪郭領域に接する接触領域にも該当し得る。すなわち、造形材料吐出部１２３０から造形材料（第１造形材料）が吐出されて形成されたものは輪郭領域に対応し、金属材料吐出部１６３０から金属材料（第２造形材料）が吐出されて形成されたものは接触領域に対応する。
次に、溶融部５０の形成手順について、図４及び図５を用いて説明する。
図４は、本実施形態のヘッドユニット１４００の配置と、溶融部５０の形成形態と、の関係を概念的に説明する平面図である。そして、図５は、溶融部５０の形成形態を概念的に表す側面図である。
まず、ステージ１２０が＋Ｘ方向に移動すると、複数の吐出ノズル１２３０ａから材料Ｍが液滴状に吐出され、試料プレート１２１の所定の位置に材料Ｍが配置される。そして、更にステージ１２０が＋Ｘ方向に移動すると、レーザー照射部１３００から照射されるレーザーＬの照射範囲内に入り、材料Ｍが溶融する。更にステージ１２０が＋Ｘ方向に移動すると、材料ＭはレーザーＬの照射範囲外となり固化して溶融部５０が形成される。
より具体的には、まず、図５（ａ）で表されるように、ステージ１２０を＋Ｘ方向に移動させながら、複数の吐出ノズル１２３０ａから試料プレート１２１の所定の位置に一定の間隔で材料Ｍを配置させる。
次に、図５（ｂ）で表されるように、ステージ１２０を図１に示す−Ｘ方向に移動させながら、一定の間隔で配置された材料Ｍの間を埋めるように新たに材料Ｍを配置させる。そして、ステージ１２０が−Ｘ方向へ継続して移動させることにより、レーザーＬの照射範囲内に材料Ｍが入ることで溶融される（溶融部５０が形成される）。
なお、所定の位置に材料Ｍが配置されてからレーザーＬの照射範囲内に入るまでの時間は、ステージ１２０の移動速度で調整することができる。例えば、材料Ｍに溶剤を含む場合、ステージ１２０の移動速度を遅くして、照射範囲内に入るまでの時間を長くすることで溶剤の乾燥を促進することができる。
また、ステージ１２０を＋Ｘ方向に移動させながら、複数の吐出ノズル１２３０ａから試料プレート１２１の所定の位置に材料Ｍが重なるように（間隔を空けないように）配置させて、同一方向へ移動させたままレーザーＬの照射範囲内に入る構成（ステージ１２０のＸ方向における往復移動で溶融部５０を形成する構成ではなく、ステージ１２０のＸ方向における片側の移動のみで溶融部５０を形成する構成）としても良い。
上記のように溶融部５０を形成することによって、図４（ａ）で表されるような、各ヘッドユニット１４０１、１４０２、１４０３及び１４０４のＸ方向における１ライン分（Ｙ方向における１ライン目）の溶融部５０（溶融部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び５０ｄ）が形成される。
次に、各ヘッドユニット１４０１、１４０２、１４０３及び１４０４のＹ方向における２ライン目の溶融部５０（溶融部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び５０ｄ）を形成するため、−Ｙ方向にヘッドベース１１００を移動させる。移動量は、ノズル間のピッチをＰとすると、Ｐ／ｎ（ｎは自然数）ピッチ分だけ−Ｙ方向に移動させる。本実施例ではｎを３として説明する。
図５（ａ）及び図５（ｂ）で表されるような、上記と同様な動作を行うことで、図４（ｂ）で表されるような、Ｙ方向における２ライン目の溶融部５０’（溶融部５０ａ’、５０ｂ’、５０ｃ’及び５０ｄ’）が形成される。
次に、各ヘッドユニット１４０１、１４０２、１４０３及び１４０４のＹ方向における３ライン目の溶融部５０（溶融部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び５０ｄ）を形成するため、−Ｙ方向にヘッドベース１１００を移動させる。移動量は、Ｐ／３ピッチ分だけ−Ｙ方向に移動させる。
そして、図５（ａ）及び図５（ｂ）で表されるような、上記と同様な動作を行うことで、図４（ｂ）で表されるような、Ｙ方向における３ライン目の溶融部５０’’
（溶融部５０ａ’’、５０ｂ’’、５０ｃ’’及び５０ｄ’’）が形成され、溶融層３１０を得ることができる。
また、材料吐出部１２３０から吐出される材料Ｍを、ヘッドユニット１４０１、１４０２、１４０３、１４０４のいずれか１ユニット、あるいは２ユニット以上からその他ヘッドユニットと異なる造形材料を吐出供給することもできる。従って、本実施形態に係る形成装置２０００を用いることによって、異種材料から形成される複合材部分造形物を有する三次元造形物を得ることができる。
なお、本実施形態においては、ヘッドユニット１４００により三次元造形物の輪郭領域を形成可能であり、溶接棒ユニット１８００により該輪郭領域の内部に相当する該輪郭領域に接する接触領域を形成可能である。そして、溶接棒ユニット１８００は金属材料吐出部１６３０と溶接棒１８１０とを１つずつ有する構成であり、金属材料吐出部１６３０から吐出された金属材料を溶接棒１８１０でアーク溶接（アーク放電に伴う熱エネルギーの付与により溶融）することにより、１つの溶接棒ユニット１８００で部分造形物５０１を形成可能である。
なお、本実施形態においては、金属材料吐出部１６３０から第２造形材料としての金属材料を吐出することにより第２造形材料を供給する構成であるが、このような構成に限定されない。第２造形材料は、例えば、ペースト状、粉末状、ワイヤー状（フィラメント状）の形態であってもよい。また、吐出以外の方法として、粉末を気流を利用して噴射する、ローラー対の間からフィラメントを押し出す等の方法で供給できる。
上述の実施形態に係る形成装置２０００が備えるヘッドユニット１４００及び溶接棒ユニット１８００の数及び配列は、上述した数及び配列に限定されない。図６に、その例として、ヘッドベース１１００に配置されるヘッドユニット１４００の、その他の配置の例を模式図的に示す。
図６（ａ）は、ヘッドベース１１００にヘッドユニット１４００をＸ軸方向に複数、並列させた形態を示す。図６（ｂ）は、ヘッドベース１１００にヘッドユニット１４００を格子状に配列させた形態を示す。なお、いずれも配列されるヘッドユニットの数は、図示の例に限定されない。
次に、上述の実施形態に係る形成装置２０００を用いて行う三次元造形物の製造方法の一実施例について説明する。
図７は、形成装置２０００を用いて行う三次元造形物の製造過程の一例を表す概略図である。
最初に、図７（ａ）で表されるように、第１層目（最下層）となる材料Ｍ（造形材料）を造形材料吐出部１２３０から不図示の試料プレート１２１に供給するとともに、三次元造形物の輪郭領域に対応する部分にレーザー照射部１３００からレーザーＬを照射することにより溶融部５０を形成する。なお、材料Ｍを不図示の試料プレート１２１に供給する際、三次元造形物の輪郭領域に対応する部分だけでなく三次元造形物の接触領域に対応する部分以外の部分についても供給する。上層にアンダーカット部（下層に対してＸＹ平面方向に凸になった部分）がある場合に下層においてこれを支えるためである。下層においては、レーザー照射部１３００からレーザーＬを照射することにより材料Ｍ（造形材料）を焼結させておいてもよい。
次に、図７（ｂ）で表されるように、第２層目となる材料Ｍを造形材料吐出部１２３０から第１層目の材料Ｍに対して上側（Ｚ（＋）方向）に積層するように供給するとともに、三次元造形物の輪郭領域に対応する部分にレーザー照射部１３００からレーザーＬを照射することにより溶融部５０を形成する。なお、第２層目となる材料Ｍを第１層目の材料Ｍに対して供給する際も、三次元造形物の輪郭領域に対応する部分だけでなく三次元造形物の接触領域（輪郭領域に接する領域）に対応する部分以外の部分についても供給する。
次に、図７（ｃ）で表されるように、第２層目における三次元造形物の接触領域（輪郭領域に接する領域）に対応する部分に、金属材料吐出部１６３０から金属材料を供給するとともに、該金属材料を供給した部分に溶接棒１８１０をアーク放電させてその熱を付与することにより、溶融部５５を形成する。なお、輪郭領域を溶融ではなく焼結させ、溶融部５５が形成されることに伴い、その熱により輪郭領域も溶融される構成としてもよい。
そして、図７（ｂ）と図７（ｃ）の動作を、新たな層を形成しつつ繰り返す。
具体的には、例えば、図７（ｄ）で表されるように、第３層目となる材料Ｍを造形材料吐出部１２３０から第１層目の材料Ｍに対して上側に積層するように供給するとともに、三次元造形物の輪郭領域に対応する部分にレーザー照射部１３００からレーザーＬを照射することにより溶融部５０を形成する。なお、第３層目となる材料Ｍを第２層目の材料Ｍに対して供給する際も、三次元造形物の輪郭領域に対応する部分だけでなく三次元造形物の接触領域に対応する部分以外の部分についても供給する。
次に、図７（ｅ）で表されるように、第３層目における三次元造形物の接触領域に対応する部分に、金属材料吐出部１６３０から金属材料を供給するとともに、該金属材料を供給した部分に溶接棒１８１０をアーク放電させてその熱を付与することにより、溶融部５５を形成する。
そして、図７（ｂ）と図７（ｃ）の動作（図７（ｄ）と図７（ｅ）の動作）を繰り返すことにより、図７（ｆ）で表されるように、三次元造形物の完成体Ｏが完成する。なお、図７（ｇ）は、三次元造形物の完成体Ｏを現像（三次元造形物の完成体Ｏから材料Ｍ由来の付着物を除去すること）した状態を表している。
次に、上述の実施形態に係る形成装置２０００を用いて行う三次元造形物の製造方法の別の一実施例について説明する。
図８は、形成装置２０００を用いて行う三次元造形物の製造過程の別の一例を表す概略図である。
図８（ａ）と図８（ｂ）は、図７（ａ）と図７（ｂ）と共通するので、詳細な説明は省略する。
本例においては、図８（ｂ）の状態の後、図８（ｃ）で表されるように、第３層目となる材料Ｍを造形材料吐出部１２３０から第１層目の材料Ｍに対して上側に積層するように供給するとともに、三次元造形物の輪郭領域に対応する部分にレーザー照射部１３００からレーザーＬを照射することにより溶融部５０を形成する。
そして、次に、図８（ｄ）で表されるように、第２層目及び第３層目における三次元造形物の対応領域であって三次元造形物の接触領域に対応する部分に、金属材料吐出部１６３０から金属材料を供給するとともに、該金属材料を供給した部分に溶接棒１８１０をアーク放電させてその熱を付与することにより、溶融部５５を形成する。
このように、本例においては、２層分の三次元造形物の接触領域に対応する部分を１回のアーク放電動作で溶融させる。
そして、図８（ａ）から図８（ｄ）までの動作を繰り返すことにより、図８（ｅ）で表されるように、三次元造形物の完成体Ｏが完成する。なお、図８（ｆ）は、三次元造形物の完成体Ｏを現像した状態を表している。
なお、上述の実施形態に係る形成装置２０００を用いて行う三次元造形物の製造方法以外の一実施例としては、以下のような形態が挙げられる。
例えば、接触領域に対して、溶接棒１８１０をアーク放電させてその熱を付与する方法の代わりに、レーザーを接触領域に照射し加熱させ、その照射領域に第２造形材料として金属粉末を吹き付ける方法を採用できる。このような方法とすることで、造形される三次元造形物が導電性である必要が無くなるので、第２造形材料としてセラミックス材料や樹脂材料などの非導電性の材料を使用することが可能になる。
また、輪郭領域を形成する別の実施形態として、ディスペンサ（材料の供給部）とレーザー照射部とを別ユニットで配置することができる。レーザー照射部と、レーザー照射部からのレーザー光を位置決めする複数のミラーと、レーザー光を収束させるレンズ系等とをステージ１２０の上方に設置し、レーザー光を高速、広範囲に走査するガルバノスキャナ方式を採用して固化する構成とすることも可能である。
また、別の例としては、例えば、造形材料を液滴として吐出する造形材料吐出部１２３０の代わりに、ニードル先端に造形材料を付着させて所望の位置に配置させるニードルディスペンサを用いて輪郭領域を形成する方法を採用できる。このような方法とすることで、輪郭形状の精細度を向上することができる。
次に、上記実施形態に係る形成装置２０００を用いて行う三次元造形物の製造方法の一例についてフローチャートを用いて説明する。
ここで、図９は、本実施例に係る三次元造形物の製造方法のフローチャートである。
図９で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、最初にステップＳ１１０で、三次元造形物のデータを取得する。詳細には、例えばパーソナルコンピューターにおいて実行されているアプリケーションプログラム等から、三次元造形物の形状を表すデータを取得する。
次に、ステップＳ１２０で、層毎のデータを作成する。詳細には、三次元造形物の形状を表すデータにおいて、Ｚ方向の造形解像度に従ってスライスし、断面毎にビットマップデータ（断面データ）を生成する。
この際、生成されるビットマップデータは、三次元造形物の輪郭領域と三次元造形物の接触領域とで区別されたデータになっている。
次に、ステップＳ１３０で、例えば、第１層目となる材料Ｍ（造形材料）を造形材料吐出部１２３０から吐出させて試料プレート１２１に供給する。
次に、ステップＳ１４０で、材料Ｍにおける三次元造形物の輪郭領域に対応する部分にレーザー照射部１３００からレーザーＬを照射することにより溶融部５０を形成する。ここで、本実施例では、該輪郭領域の固化を溶融により行っているが、焼結させるなど、別の方法で固化させてもよい。
次に、ステップＳ１５０で、ステップＳ１３０で形成された層において接触領域のデータが有るか否かを判断する。接触領域のデータが有る場合はステップＳ１６０に進み、接触領域のデータが無い場合はステップＳ１３０に戻る。
なお、複数層毎にまとめて金属材料を固化させる場合は、金属材料を固化させるタイミングか否かを合わせて判断させてもよい。
次に、ステップＳ１６０で、ステップＳ１３０で形成された層における接触領域に金属材料を金属材料吐出部１６３０から吐出させて供給する。
さらに、形成装置２０００を用いて本ステップを行う場合、ペースト状の金属材料が供給されるが、本ステップで供給される金属材料の形態は、ペースト状に限定されず、粉末状、ワイヤー状及び粒状などの形態で供給されてもよい。
次に、ステップＳ１７０で、三次元造形物の接触領域に対応する部分に溶接棒１８１０でアーク溶接（アーク放電に伴う熱エネルギーの付与により溶融）することにより溶融部５５を形成する。ここで、本実施例では、該接触領域の固化をアーク放電に伴う熱エネルギーの付与による溶融により行っているが、別の方法で固化させてもよい。
そして、ステップＳ１８０により、ステップＳ１２０において生成された各層に対応するビットマップデータに基づく三次元造形物の造形が終了するまで、ステップＳ１３０からステップＳ１８０までが繰り返される。
そして、ステップＳ１３０からステップＳ１８０までが繰り返され、三次元造形物の造形が終了すると、ステップＳ１９０で、三次元造形物の現像を行い、本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。
上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法である。そして、層における三次元造形物の輪郭領域に該三次元造形物の第１造形材料（造形材料）を供給する第１造形材料供給工程（ステップＳ１３０に対応）と、輪郭領域に供給された第１造形材料にエネルギーを付与して該第１造形材料を固める第１造形材料固化工程（ステップＳ１４０に対応）と、三次元造形物に対応する領域であって輪郭領域に接する接触領域に第２造形材料（金属材料）を供給する第２造形材料供給工程（ステップＳ１６０に対応）と、接触領域に供給された前記第２造形材料にエネルギーを付与して該第２造形材料を固める第２造形材料固化工程（ステップＳ１７０に対応）と、を有する。そして、第１造形材料供給工程における第１造形材料の供給単位よりも第２造形材料供給工程における第２造形材料の供給単位のほうが大きい。
このため、三次元造形物の製造精度を高める必要のある輪郭領域を高精度で形成でき、三次元造形物の製造精度を高める必要のない接触領域を高速で形成できる。したがって、三次元造形物の製造精度と製造速度とを両立することができる。なお、例えば、グリーンシートを用いて第１造形材料及び第２造形材料を一括して供給する場合などにおいては、第１造形材料固化工程におけるエネルギーの付与範囲よりも第２造形材料固化工程におけるエネルギーの付与範囲のほうが広いことによっても、三次元造形物の製造精度を高める必要のある輪郭領域を高精度で形成でき、三次元造形物の製造精度を高める必要のない接触領域を高速で形成できる。したがって、三次元造形物の製造精度と製造速度とを両立することができる。
ここで、「第１造形材料」と「第２造形材料」とは異なるものであっても同じものであってもよく、同じものであった場合に「第１造形材料供給工程」が「第２造形材料供給工程」を含む（「第１造形材料供給工程」が「第２造形材料供給工程」を含むことで、「第１造形材料供給工程」とは別に「第２造形材料供給工程」を行わない）場合も本発明に含まれる。
なお、「輪郭」とは、三次元造形物の表面の形状を形作る部分である。三次元造形物の表面にコート層を設ける場合などはコート層の下層を意味する場合もある。
また、「供給単位」とは、例えば、間欠的に供給される場合は個々の大きさ（液滴の状態で供給される場合は液滴の大きさ）、連続的に供給される場合は供給幅を意味する。そして、「エネルギーの付与範囲」とは、例えば、エネルギーを照射して付与する場合はエネルギーの照射面積を意味する。
また、「固める」とは、粒子が焼結する形態、溶融後に固化する形態も、固めるものとして説明する。
また、「製造精度を高めるということ以外の目的を達成可能な第２造形材料」とは、特に限定はないが、例えば、金属材料（合金、金属酸化物も含む）が挙げられ、金属材料とすることで、三次元造形物の強度を高めることができ、高い強度の三次元造形物を構成できる。
また、別の表現をすると、本実施例の三次元造形物の製造装置２０００は、層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置である。そして、層における三次元造形物の輪郭領域に該三次元造形物の第１造形材料を供給する第１造形材料供給部（造形材料吐出部１２３０）と、輪郭領域に供給された第１造形材料にエネルギーを付与して該第１造形材料を固める第１造形材料固化部（レーザー照射部１３００）と、三次元造形物に対応する領域であって輪郭領域に接する接触領域に第２造形材料を供給する第２造形材料供給部（金属材料吐出部１６３０）と、接触領域に供給された第２造形材料にエネルギーを付与して該第２造形材料を固める第２造形材料固化部（溶接棒１８１０）と、を有する。そして、第１造形材料供給部における第１造形材料の供給単位よりも第２造形材料供給部における第２造形材料の供給単位のほうが大きい。
このため、三次元造形物の製造精度を高める必要のある輪郭領域を高精度で形成でき、三次元造形物の製造精度を高める必要のない接触領域を高速で形成できる。したがって、三次元造形物の製造精度と製造速度とを両立することができる。なお、例えば、グリーンシートを用いて第１造形材料及び第２造形材料を一括して供給する場合などにおいては、第１造形材料固化部におけるエネルギーの付与範囲よりも第２造形材料固化部におけるエネルギーの付与範囲のほうが広いことによっても、三次元造形物の製造精度を高める必要のある輪郭領域を高精度で形成でき、三次元造形物の製造精度を高める必要のない接触領域を高速で形成できる。したがって、三次元造形物の製造精度と製造速度とを両立することができる。
また、上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法である。そして、層における三次元造形物の輪郭領域に該三次元造形物の第１造形材料を供給する第１造形材料供給工程（ステップＳ１３０に対応）と、輪郭領域に供給された第１造形材料にエネルギーを付与して該第１造形材料を固める第１造形材料固化工程（ステップＳ１４０に対応）と、輪郭領域に接する接触領域にエネルギーを付与しながら、三次元造形物に対応する領域に第２造形材料を供給し、接触領域に供給された第２造形材料を固める第２造形材料固化工程（ステップＳ１６０及び１７０に対応）と、を有する。そして、第１造形材料供給工程における第１造形材料の供給単位よりも第２造形材料固化工程における第２造形材料の供給単位のほうが大きい。
このため、三次元造形物の製造精度を高める必要のある輪郭領域を高精度で形成でき、三次元造形物の製造精度を高める必要のない接触領域を高速で形成できる。したがって、三次元造形物の製造精度と製造速度とを両立することができる。なお、第１造形材料固化工程におけるエネルギーの付与範囲よりも第２造形材料固化工程におけるエネルギーの付与範囲のほうが広いことによっても、三次元造形物の製造精度を高める必要のある輪郭領域を高精度で形成でき、三次元造形物の製造精度を高める必要のない接触領域を高速で形成できる。したがって、三次元造形物の製造精度と製造速度とを両立することができる。
また、別の表現をすると、本実施例の三次元造形物の製造装置２０００は、層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置である。そして、前記層における三次元造形物の輪郭領域に該三次元造形物の第１造形材料を供給する第１造形材料供給部（造形材料吐出部１２３０）と、輪郭領域に供給された第１造形材料にエネルギーを付与して該第１造形材料を固める第１造形材料固化部（レーザー照射部１３００）と、輪郭領域に接する接触領域にエネルギーを付与しながら、三次元造形物に対応する領域に第２造形材料を供給し、接触領域に供給された第２造形材料を固める第２造形材料固化部（金属材料吐出部１６３０及び溶接棒ユニット１８００）と、を有する。そして、第１造形材料供給部における第１造形材料の供給単位よりも第２造形材料固化部における第２造形材料の供給単位のほうが大きい。
このため、三次元造形物の製造精度を高める必要のある輪郭領域を高精度で形成でき、三次元造形物の製造精度を高める必要のない接触領域を高速で形成できる。したがって、三次元造形物の製造精度と製造速度とを両立することができる。なお、第１造形材料固化部におけるエネルギーの付与範囲よりも第２造形材料固化部におけるエネルギーの付与範囲のほうが広いことによっても、三次元造形物の製造精度を高める必要のある輪郭領域を高精度で形成でき、三次元造形物の製造精度を高める必要のない接触領域を高速で形成できる。したがって、三次元造形物の製造精度と製造速度とを両立することができる。
また、本実施例の三次元造形物の製造方法は、第１造形材料供給工程において、第１造形材料である材料Ｍを非接触ジェットディスペンサである造形材料吐出部１２３０により輪郭領域に供給する。ここで、非接触ジェットディスペンサは、短い周期で第１造形材料を吐出して配置させることが可能である。このため、本実施例の三次元造形物の製造方法は、三次元造形物の製造速度を速くすることが可能になっている。また、第１造形材料を吐出して所望の位置に正確に配置させることが可能である。
一方、第１造形材料供給工程において、第１造形材料をニードルディスペンサにより輪郭領域に供給する方法をとってもよい。ここで、ニードルディスペンサは、細かく量を調整して第１造形材料を配置させることが可能である。このため、ニードルディスペンサを使用することで三次元造形物の製造精度を高くすることが可能になるためである。
また、本実施例の三次元造形物の製造方法では、第２造形材料供給工程は第１造形材料供給工程の後に行われる。第２造形材料供給工程を第１造形材料供給工程の後に行うことで三次元造形物の製造精度を高くすることが可能になる。このため、本実施例の三次元造形物の製造方法は、三次元造形物の製造精度を高くすることが可能になっている。
なお、図８で表されるように、第２造形材料供給工程を、第１造形材料供給工程により輪郭領域が複数層分形成された後に行われるようにしてもよい。このように、特に精度を高くする必要のない第２造形材料供給工程を複数層分まとめて行うことで、三次元造形物の製造速度を速くすることが可能になるためである。
また、本実施例の三次元造形物の製造方法の第１造形材料固化工程では、第１造形材料に電磁波であるレーザーを付与して該第１造形材料を固めている。こうして、第１造形材料固化工程を簡単に高い精度で行っている。
また、本実施例の三次元造形物の製造方法の第２造形材料固化工程では、第２造形材料にアーク放電により発生する熱を付与して該第２造形材料を固めている。こうして、広い範囲に熱エネルギーを付与して三次元造形物の形成速度を速くしており、第２造形材料固化工程を迅速に行うことを可能にしている。
また、第２造形材料固化工程において、レーザーを照射している接触領域に第２造形材料を供給し、該第２造形材料を固めてもよい。このようにすることで、第２造形材料固化工程を簡単に高い精度で行うことができる。
ここで、第１造形材料としては、マグネシウム、鉄、銅、コバルト、チタン、クロム、ニッケル、マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金、アルミナ、シリカを少なくとも１つを含むものを好ましく使用できる。特に剛性の高い三次元造形物を製造することができるためである。
また、本実施例の三次元造形物の製造方法の第２造形材料の供給では、第２造形材料は、ペースト状で供給されていたが、粉末状、ワイヤー状及び粒状の少なくともいずれか１つの形態で供給されてもよい。ペースト状又は粉末状の形態とすることで簡単に第２造形材料を供給することができ、ワイヤー状又は粒状の形態とすることで迅速に第２造形材料を供給することができる。
本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅ、５０ｆ、５０ｇ及び５０ｈ溶融部、
５５ 溶融部、１１０ 基台、１１１ 駆動装置、
１２０ ステージ、１２１ 試料プレート、１３０ ヘッドベース支持部、
４００ 制御ユニット、４１０ ステージコントローラー、
４３０ レーザーコントローラー、５００ 三次元造形物、
５０１、５０２及び５０３ 部分造形物、
７００ 溶接棒コントローラー、７３０ 溶接棒支持部、
１１００ ヘッドベース、１２００ 造形材料供給装置、
１２１０ 造形材料供給ユニット、１２１０ａ 造形材料収容部、
１２２０ 供給チューブ、１２３０ 造形材料吐出部（第１造形材料供給部）、
１２３０ａ 吐出ノズル、１２３０ｂ 吐出駆動部、
１３００ エネルギー照射部（レーザー照射部、第１造形材料固化部）、
１４００、１４０１、１４０２、１４０３、１４０４、１４０５、１４０６、１４０７及び１４０８ ヘッドユニット、
１４００ａ 保持治具、１５００ 材料供給コントローラー、
１６００ 金属材料供給装置（金属材料供給部）、１６１０ 金属材料供給ユニット、
１６１０ａ 金属材料収容部、１６２０ 供給チューブ、
１６３０ 金属材料吐出部（第２造形材料供給部）、１６３０ａ 吐出ノズル、
１６３０ｂ 吐出駆動部、１７００ 溶接棒ベース、
１８００ 溶接棒ユニット（第２造形材料固化部）、１８００ａ 保持治具、
１８１０ 溶接棒（金属材料固化部、第２造形材料固化部）、
２０００ 形成装置（三次元造形物の製造装置）、Ｌ レーザー、
Ｍ 材料（溶融材料、造形材料）、 Ｏ 三次元造形物の完成体

Claims (9)

  1. 層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、
    前記層における前記三次元造形物の輪郭領域に該三次元造形物の第１造形材料を非接触ジェットディスペンサまたはニードルディスペンサにより供給する第１造形材料供給工程と、
    前記輪郭領域に供給された前記第１造形材料にエネルギーを付与して該第１造形材料を固める第１造形材料固化工程と、
    前記輪郭領域に接する接触領域にエネルギーを付与しながら、前記三次元造形物に対応する領域に第２造形材料を供給し、前記接触領域に供給された前記第２造形材料を固める第２造形材料固化工程と、
    を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
  2. 請求項１に記載の三次元造形物の製造方法において、
    前記第２造形材料の供給は、前記第１造形材料供給工程の後に行われることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
  3. 請求項２に記載の三次元造形物の製造方法において、
    前記第２造形材料の供給は、前記第１造形材料供給工程により前記輪郭領域が前記層における複数層分形成された後に行われることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
  4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の三次元造形物の製造方法において、
    前記第１造形材料固化工程は、前記第１造形材料に電磁波を付与して該第１造形材料を固めることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
  5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の三次元造形物の製造方法において、
    前記第２造形材料固化工程は、レーザーを照射している前記接触領域に前記第２造形材料を供給し、該第２造形材料を固めることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
  6. 請求項１から４のいずれか１項に記載の三次元造形物の製造方法において、
    前記第２造形材料固化工程は、前記第２造形材料にアーク放電により発生する熱を付与して該第２造形材料を固めることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
  7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の三次元造形物の製造方法において、
    前記第１造形材料は、マグネシウム、鉄、銅、コバルト、チタン、クロム、ニッケル、アルミニウム、マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金、アルミナ、シリカを少なくとも１つを含むことを特徴とする三次元造形物の製造方法。
  8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の三次元造形物の製造方法において、
    前記第２造形材料の供給では、前記第２造形材料は、ペースト状、粉末状、ワイヤー状及び粒状の少なくともいずれか１つの形態で供給されることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
  9. 層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置であって、
    前記層における前記三次元造形物の輪郭領域に該三次元造形物の第１造形材料を非接触ジェットディスペンサまたはニードルディスペンサにより供給する第１造形材料供給部と、
    前記輪郭領域に供給された前記第１造形材料にエネルギーを付与して該第１造形材料を固める第１造形材料固化部と、
    前記輪郭領域に接する接触領域にエネルギーを付与しながら、前記三次元造形物に対応する領域に第２造形材料を供給し、前記接触領域に供給された前記第２造形材料を固める第２造形材料固化部と、
    を有することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
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