[发明专利]使用异质材料的三维造形装置和三维造形方法

说明书

[技术问题]本发明提供一种能够将两种以上的异质材料进行层叠造形的三维造形装置、异质材料的三维造形方法以及由异质材料组成的三维造形物。[解决方案]一种三维造形装置，具备：与两种以上的异质材料中的各种材料对应的各自的储存部、喷嘴部、液体输送装置、温度控制装置、造形用工作台、使工作台和喷嘴部移动的相对移动机构、和控制计算机。通过使用该装置能够在工业上高精度地将两种以上的异质材料进行层叠造形，能够制作将异质材料任意组合而成的高精密的造形物。

技术领域

本发明涉及使用异质材料的三维造形装置、三维造形方法以及三维造形物。

背景技术

使用3D-CAD(Three Dimensional-Computer Aided Design；三维计算机辅助设计)数据来制造三维造形物的方法，一般最为普及的是3D打印机。将金属、塑料、食品等各式各样的材料三维造形的三维造形装置开始在各式各样的领域利用。

另一方面，在多数情况下，实际的工业产品并非用单一材料制作，而是用具有多个机械特性的异质材料的组合来制作。然而，对于以往的3D打印机而言，要将具有多个机械特性的异质材料组合进行造形是有困难的。

例如，在热熔融层叠方式中，虽然能同时排出多个造形材料，但无论是哪个材料都必须从加热至融点温度以上的喷嘴排出，当因作为造形材料的热塑性树脂的收缩率、线膨胀系数、融化温度等的不同，造形温度低时，由于在层叠时层间粘合较差，造形品的强度变得不足，因此通常是以200℃以上的温度来造形。因此，此方式的造形难以使用低融点材料或柔软的材料等。

另外，在作为光造形法之一的UV(UltraViolet；紫外线)喷墨3D打印机中，可将形状支撑用支撑材料所使用的材料或形状构成用模型材料所使用的材料等多个不同特性的材料同时使用于一个造形物。然而，由于喷墨法的最大特长在于从如墨般微细的状态造型物体，因此必须将模型材料或支撑材料所使用的光固化性树脂本身作为喷墨进行喷雾，并照射紫外线来固形化。因此，墨的低黏度化(通常小于20mPa·s)是从以往就被要求的重要问题，使用高黏度光固化性树脂是困难的。而且，由于低黏度的光固化性树脂的分子量低，所获得的造形物的机械强度和耐冲击性等非常难以得到实用性的数值，因此无法完全再现例如ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)等工程塑料的性能。

在专利文献1中，提出了作为不同种类的造形材料使用光聚合物材料和热塑性材料，并在每层沉积两种材料来制造三维印刷物体的方法。在此方法中，也由于光聚合物材料是通过喷射器以液态排出，因此光聚合物直至固化为止具有流动性，而在热塑性树脂的周围流过，过于深入浸透至热塑性部件间而可能导致难以固化。该专利文献虽然提出了通过由热塑性材料形成固定层来防止光聚合物的进入，但受限于能造形的结构或能够应对的树脂、材料等，说不上是适合用于精密的三维造形的方法。尤其是，存在无法处理高黏度的光固化性材料且无法确保造形物的机械特性的问题。

在专利文献2中，将造形工作台设置在液态的能量线固化型树脂的储存槽之中，并通过对能量线固化型树脂照射能量线使之固化的3D造形来形成树脂模具，将在该树脂模具之中注塑加热了的产品树脂材料，由此，由所有热塑性树脂都能形成期望形状的造形物，与以往的金属模具注塑成形相比，能够缩短成形时间而可低成本化。但是，在此方法中，也由于难以将高黏度的光固化性树脂作为模具材料来使用，且不可能以与不进行光固化的材料的组合来制作造形物，因此同样地在能够造形的材料的品种方面受限。进一步，需要用于从模具取出所得到的造形物的脱模工序，作为脱模方法虽然可举出：利用锤子等对模具施加冲击来破坏的方法、对模具与成形体的边界部压入高压空气使之分离的方法、将模具浸渍于选择性溶解该构成树脂的溶剂的方法，但无论是那一种都必须清洗造形物，留有造形物破损的风险。