JP5904110B2 - 造形物の製造方法 - Google Patents

Description

本技術は、積層造形技術を利用可能な造形物の製造方法及びその造形物に関する。

特許文献１には、積層造形技術により人体のモデルを製造する技術が開示されている。具体的には、この製造方法は、ＣＴ（Computed Tomography）スキャナーにより得られた形状データを、コンピュータで図形処理することで、多層の断面情報を取得し、その多層の断面情報に基づいて、感光性樹脂に光線を照射して単位厚さごとに感光性樹脂を硬化させることにより人体のモデルを形成する（例えば、特許文献１参照）。

また、積層造形技術を用いた例として、特許文献２に記載の３次元造形装置は、ＣＴ画像データに基づいて、インクジェットヘッドを用いて粉体材料にインクを選択的に供給することにより、粉体材料を硬化させ、造形物を形成する（例えば、特許文献２参照）。

特開昭６３−２３６６２７号公報 特開２０１０−１９４９４２号公報

外観だけでなく内部の構造についても、高い再現性を有する造形物を製造することが可能な技術が求められている。

以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、外観及び内部の構造について高い再現性を有する造形物の製造方法及び造形物を提供することにある。

上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る造形物の製造方法は、溶媒に可溶な材料により所定の形状を有する外形部を形成することを含む。
前記溶媒に不溶な第１の軟性材料により前記外形部を覆う被覆部が形成される。
前記溶媒を用いて前記被覆部に覆われた前記外形部が溶解される。
前記外形部が溶解した後の前記被覆部に覆われた領域に第２の軟性材料が充填される。

この造形物の製造方法では、所定の形状を有する外形部が形成され、第１の軟性材料により外形部を覆う被覆部が形成される。外形部は溶媒により溶解され、その後の被覆部に覆われた領域に第２の軟性材料が充填される。この結果、外観及び内部の構造について高い再現性を有する造形物が製造可能となる。

前記外形部は、積層造形技術により形成されてもよい。
このように積層造形技術により外形部が形成されてもよい。これにより再現性の高い造形物を製造することができる。

前記溶媒は、主成分が水であってもよい。この場合、前記溶媒に可溶な材料は、食塩を主成分とする材料であってもよい。
水を主成分とする溶媒及び食塩を主成分とする材料が用いられることで、外形部の形成工程や溶解工程を容易に行うことができる。

前記第１の軟性材料は、可視光を透過する材料であってもよい。
これにより例えば被覆部が透明である造形物を製造することが可能となる。例えば被覆部の外側から造形物の内部を観察することが可能となるので、手術のシミュレーション等に有用な造形物等を製造することができる。

前記第１及び第２の軟性材料はそれぞれ、天然高分子又は合成高分子を主成分とする材料であってもよい。
被覆部となる第１の軟性材料、及び造形物の内部に充填される第２の軟性材料は、互いに同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。上記したように天然高分子又は合成高分子がそれぞれ用いられてもよい。造形の対象となる対象物の種類等に応じて軟性材料の種類は適宜選択されてよい。

前記第１の軟性材料は、前記合成高分子を主成分とする材料であってもよい。この場合、前記第２の軟性材料は、前記天然高分子を主成分とする材料であってもよい。
このように第１及び第２の軟性材料がそれぞれ選択されてもよい。対象物の種類等に応じて軟性材料の種類は適宜選択されてよい。

前記合成高分子は、シリコーンゴム又はウレタン樹脂であってもよい。この場合、前記天然高分子は、ゼラチン又はコンニャクであってもよい。

前記外形部は、内部空間を有するように形成されてもよい。この場合、前記造形物の製造方法は、前記被覆部の形成工程前に、さらに、前記溶媒に不溶な造形材料により造形体を形成すること、及び前記形成された造形体を前記内部空間に配置することを含んでもよい。また前記被覆部の形成工程及び前記溶解工程は、前記内部空間に前記造形体が配置された状態でそれぞれ行われてもよい。また前記充填工程は、前記被覆部に覆われた領域に前記造形体が配置された状態で行われてもよい。
これにより内部に造形体を含む造形物を高い再現性にて製造することができる。

前記外形部は、臓器を模して形成されてもよい。この場合、前記造形体は、前記臓器内に含まれる生体組織を模して形成されてもよい。
この製造方法により、生体組織を内部に含む臓器を対象に、高い再現性にて造形物を製造することができる。

前記生体組織は、血管及び腫瘍であってもよい。
これにより例えば腫瘍を除去する手術シミュレーション等に有用な造形物を製造することができる。

前記造形体は、前記血管を模して中空状で形成されてもよい。
これにより高い再現性にて血管を模した造形体を形成することができる。例えば血管の内部を血液や造影剤等が流れる状況等を再現することも可能となる。

前記造形物の製造方法は、さらに、前記造形体が前記腫瘍を模して形成される場合に、当該造形体を切除するための領域である切除領域部を形成することを含んでもよい。
これにより例えば腫瘍を除去する手術シミュレーション等に有用な造形物を製造することができる。

前記切除領域部の形成工程は、前記造形体の形成工程時に、前記造形体と前記造形体を内部に含む前記切除領域部とがともに形成されることで行われてもよい。
このように造形体としての腫瘍の形成工程時に、腫瘍の形成とともに切除領域部が形成されてもよい。これにより工程数を抑えることができる。

前記切除領域部の形成工程は、前記第２の軟性材料の充填工程時に、前記第２の軟性材料として複数の種類の軟性材料が準備され、前記造形体の周囲には前記切除領域用の軟性材料が充填され、その他の領域には前記切除領域用の軟性材料とは異なる種類の軟性材料が充填されることで行われてもよい。
このように第２の軟性材料として複数の種類の軟性材料が準備されてもよい。そして切除領域用の軟性材料が用いられて切除領域部が形成されてもよい。

前記切除領域の形成工程は、前記切除領域部内に所定の染色材料により着色される材料が含まれるように、前記切除領域部を形成してもよい。この場合、前記造形体の形成工程は、前記形成された切除領域部と接続するように、前記所定の染色材料が流通可能な前記血管を模した中空状でなる前記造形体を形成してもよい。
これにより例えば造影剤等を血管から注入して腫瘍部分を染色するという行為等をシミュレートすることができる。

前記切除領域部の形成工程は、前記造形体の配置工程時に前記切除領域部用の材料にて前記造形体が覆われ、その状態で前記被覆部が形成され、前記外形部が溶解され、前記第２の軟性材料が充填されることで行われてもよい。
このように切除領域用の材料が用いられて切除領域部が形成されてもよい。腫瘍を覆うように切除領域用の材料を設けることで、簡単に切除領域部を形成することができる。

前記切除領域部用の材料は、所定の染色材料により着色される材料であってもよい。この場合、前記造形体の形成工程は、前記切除領域部用の材料をもとに形成された前記切除領域部と接続するように、前記所定の染色材料が流通可能な前記血管を模した中空状でなる前記造形体を形成してもよい。
これにより例えば造影剤等を血管から注入して腫瘍部分を染色するという行為等をシミュレートすることができる。

前記切除領域部は、腫瘍を除去する手術シミュレーションのために形成されてもよい。
この製造方法では、腫瘍を除去する手術シミュレーションに有用な造形物を製造することができる。

本技術の一形態に係る造形物は、第１の造形部と、第２の造形部とを具備する。
前記第１の造形部は、溶媒に不溶な第１の軟性材料からなり、前記溶媒に可溶な材料からなる所定の形状を有する外形部を覆うように形成されることで、前記所定の形状を有する被覆部となる。
前記第２の造形部は、第２の軟性材料からなり、前記溶媒が用いられて前記第１の造形部に覆われた状態の前記外形部が溶解された後の、前記第１の造形部に覆われた領域に充填されることで、前記被覆部に覆われた内部となる。
この造形物は、被覆部となる第１の造形部が、所定の形状を有する外形部を覆うように形成される。また被覆部に覆われた内部となる第２の造形部が、外形部が溶解された後の第１の造形部に覆われた領域に第２の軟性材料が充填されることで形成される。これにより、外観及び内部の構造について高い再現性が発揮される。

以上のように、本技術によれば、外観及び内部の構造について高い再現性を有する造形物を製造することができる。

本技術の一実施形態に係る造形装置を示す図である。 図１に示す造形装置の側面図である。 図１に示す造形装置の平面図である。 本実施形態に係るプリントヘッドを示す図であり、下方から見た斜視図である。 造形装置の機械的な動作を順に示す図であり、側面から見た模式図である。 本実施形態に係る造形物の製造方法の概要を説明するための模式的な図である。 本実施形態に係る造形物の製造方法の詳しい処理を示すフローチャートである。 本実施形態に係る造形物の製造方法の詳しい処理を示すフローチャートである。 本実施形態に係る造形の対象物について説明するための図である。 本実施形態において抽出された造形部位を示す図である。 本実施形態に係る外形部の形成を説明するための図である。 本実施形態に係る外形部の形成を説明するための図である。 本実施形態に係る造形体としての血管及び腫瘍のモデルを示す写真である。 血管を模して中空状に形成される血管部について説明するための図である。 血管を模して中空状に形成される血管部について説明するための図である。 外形部として形成された右側分割部及び左側分割部へのワックスの塗布工程を示す写真である。 本実施形態に係る外形部の組み立てを説明するための写真である。 本実施形態に係る外形部の組み立てを説明するための写真である。 本実施形態に係る被覆部の形成工程を示す写真である。 本実施形態に係る外形部の溶解工程を示す写真である。 本実施形態に係る第２の軟性材料の充填工程を示す写真である。 ゼラチンの塊から肝臓モデルを取り出す工程を示す写真である。 完成した肝臓モデルを示す写真である。 外形部、外形部内に配置される造形体、外形部に塗布される目止め補強材、被膜部となる第１の軟性材料、及び内部に充填される第２の軟性材料のぞれぞれの例を示す表である。 腫瘍を切除するための切除領域を説明するための図である。 一実施形態に係る切除領域部の形成方法の一例を示す図である。 切除領域部の形成方法の他の例を示す図である。 切除領域部の形成方法の他の例を示す図である。 本技術により製造可能である種々の分野に係る造形体の例を示す図である。 本技術により製造可能である種々の分野に係る造形体の例を示す図である。

以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。

＜造形装置＞
［造形装置の構成］
図１は、本技術の一実施形態に係る造形装置を示す図である。図２は、図１に示す造形装置の側面図であり、図３は、その平面図である。

造形装置１００は、造形ユニット５０と、これに隣接して配置された制御ユニット６０とを備える。造形ユニット５０は、フレーム１と、このフレーム１上に固定されたプレート２とを備える。プレート２の概ね中央部には、造形作業用の開口部２ａが設けられている。その開口部２ａの下部には、粉体材料（以下、単に粉体という。）の供給部１０、粉体による造形物が形成される造形部２０、及び、粉体の排出路部材３１（図１ではこれを省略）が配置されている。これら供給部１０、造形部２０及び排出路部材３１は、図２及び図３に示すように、それらの図中左側からＹ方向に沿って順に並ぶように配置されている。

なお、プレート２上にも図示しないフレームが設けられ、図１に示すように、フレームにカバーが取り付けられている。カバーはアクリル等により形成され、ユーザーが、造形ユニット５０の外部からその内部を見ることができるようになっている。また、このカバーは、静電気を帯びた粉体が取り付いたりして視認性を妨げないように、静電防止処理が施されている。

供給部１０は、粉体４（図５参照）を貯留することが可能な供給ボックス１１、供給ボックス１１内に配置され供給ボックス１１に貯留された粉体４を下から押し上げることで、開口部２ａを介してプレート２上に粉体４を供給する供給ステージ１２、供給ステージ１２を供給ボックス１１内で昇降させる昇降機構１３を有する。昇降機構１３として、ボールネジ機構、ベルト機構、ラックアンドピニオン機構、またはシリンダ機構等が用いられる。

図１及び２に示すように、この供給部１０上には、作業者またはロボットにより粉体が供給されて一時的に貯溜されるタンクシューター１５が設けられている。タンクシューター１５の底部には、例えば電気的な制御で開閉する図示しないカバーが設けられている。このカバーが開くと、貯溜されている粉体が自重で落下し、供給部１０に供給される。

粉体４としては、溶媒に可溶な材料が用いられる。本実施形態では、溶媒として水を主成分とする溶媒が用いられる。従って粉体４としては、水溶性の材料として食塩を主成分とする材料が用いられる。

その他、水溶性の材料として、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、塩化カリウム、塩化ナトリウムなどの無機物が用いられてもよい。塩化ナトリウムとにがり成分（硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、塩化カリウムなど）が混合されたものが用いられてもよい。これは塩化ナトリウムを主成分とするものである。あるいは、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリアクリル酸ナトリウム、メタアクリル酸アンモニウム、メタアクリル酸ナトリウムやその共重合体などの有機物を用いることもできる。

粉体４の平均粒子径は、典型的には10μm以上100μm以下である。食塩が用いられる場合、例えば金属またはプラスチック等の粉体材料を用いる場合に比べ、粉体材料の抽出や加工等に要するエネルギーが低いので環境に良い。

供給部１０に隣接して配置された造形部２０は、粉体４を貯留することが可能な造形ボックス２１、造形ボックス２１内に配置され粉体４が堆積されることで形成される造形物を下から支持する造形ステージ２２、造形ステージ２２を造形ボックス２１内で昇降させる昇降機構２３を有する。昇降機構２３として、ボールネジ機構、ベルト機構、ラックアンドピニオン機構、またはシリンダ機構等が用いられる。

図２で見て、造形ボックス２１のＸ方向の長さは20〜50cm、そのＹ方向の長さは10〜30cmに設定されるが、この範囲に限られない。この造形ボックス２１内に収容された粉体が配置される領域が、造形可能領域となる。

各ボックス１１、２１及び部材３１の上部は開口され、それらの開口面は、プレート２の開口部２ａにそれぞれ対面するように配置されている。

プレート２の開口部２ａの供給部１０側の端部付近には、供給部１０から供給された粉体４を造形部２０に搬送するローラ１６が配置されている。ローラ１６は、各ボックス１１、２１及び部材３１の配列方向とは水平面内で直交する方向、すなわちＸ方向に沿って設けられた回転軸１７を有する。回転軸１７を回転させる図示しないモータも設けられている。プレート２上にはローラ１６をＹ方向に移動させる図示しない機構が設けられている。

排出路部材３１は、図２に示すように、昇降機構２３をよけるために折れるように設けられている。排出路部材３１の下部には、回収ボックス３４が配置されている。排出路部材３１を自重により落下する余剰の粉体が、この回収ボックス３４に回収されるようになっている。

プレート上には、プリントヘッド４１、及びこのプリントヘッド４１をＸ−Ｙ方向に移動させる移動機構２６が設けられている。プリントヘッド４１は、造形部２０において造形ステージ２２上の粉体４にインクを吐出することが可能になっている。

移動機構２６は、開口部２ａのＸ方向での両側でＹ方向に沿って延設されたガイドレール２５、これらのガイドレール２５の端部に設けられたＹ軸駆動機構２８、これらのガイドレール２５の間に架け渡されたＸ軸駆動機構２７を有する。Ｘ軸駆動機構２７にプリントヘッド４１がＸ方向に移動可能に接続されている。また、Ｘ軸駆動機構２７は、ガイドレール２５に沿って、Ｙ軸駆動機構２８によりＹ方向に移動可能となっている。Ｘ軸駆動機構２７及びＹ軸駆動機構２８は、ボールネジ機構、ベルト機構、またはラックアンドピニオン機構等により構成されている。

制御ユニット６０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭを有するコンピュータの機能を備える。また、制御ユニット６０は、前面の上部に配置された表示部６１、及びその下部に配置された入力操作機器６２を有している。入力操作機器６２は、典型的にはキーボードにより構成される。表示部６１は、タッチパネルによる入力デバイスを有していてもよい。

この制御ユニット６０にはＣＴ（Computed Tomography）データが入力される。制御ユニット６０は、入力されたＣＴデータに基づいて、造形物を形成するために、造形ユニット５０の各部の動き及びそのタイミングを制御する。ＣＴデータは、後述するように、例えば、ＣＴヒストグラムのデータ及びＣＴ画像データのうち少なくとも一方のデータである。

図４は、一実施形態に係るプリントヘッド４１を示す図であり、下方から見た斜視図である。

このプリントヘッド４１は、一般的なプリンタ用のプリントヘッド４１の構造を備えるものが用いられればよい。例えば、プリントヘッド４１のケース４４内には、複数のインクタンク４５が設けられている。各インクタンク４５は、シアン、マゼンダ及びイエローの各色（以下ＣＭＹという。）のインクを貯溜するタンク４５Ｃ、４５Ｍ及び４５Ｙである。

また、ケース４４内には、例えば透明インクを貯溜するタンク４５Ｔが設けられている。この透明インクは、粉体４を硬化させる硬化剤を含む。硬化剤は、硬化した粉体４が溶媒に可溶であるのならば、どのようなものが用いられてもよい。例えば水溶性の接着材が硬化剤として用いられてもよい。粉体４に予めポリビニルアルコール等のバインダーが含まれている場合は、硬化剤が含まれていないインクが用いられてもよい。あるいは、逆に、ポリビニルアルコール等のバインダーが硬化剤として用いられてもよい。この場合、硬化した粉体４が溶媒に可溶となるようにバインダーの成分量が適宜定められる。

上記タンク４５Ｃ、４５Ｍ及び４５Ｙに貯溜された各色のインクには、タンク４５Ｔ内の透明インクに含まれる硬化剤は含まれない。各色のインクの材料としては、例えば水性インクが用いられ、市販のインクジェットプリンタ用のインクを用いることも可能である。インクは、粉体４の材料や溶媒の材料に応じて油性であってもよい。逆に硬化剤を含んだインクが用いられてもよい。

プリントヘッド４１の下部には、複数のインクジェットヘッド４６が配置されている。これらのインクジェットヘッド４６は、図示しないインクの流路を介して上記各インクタンク４５にそれぞれ接続されている。インクジェットヘッド４６は、ピエゾ型やサーマル型のような公知の機構を利用して、インクを吐出することが可能となっている。インクジェットヘッド４６が用いられることにより、高精細な造形物を形成することができる。

［造形装置の動作］
図５は、造形装置１００の機械的な動作を順に示す図であり、側面から見た模式図である。造形装置１００が造形物を形成する前の段階で、造形の対象となる対象物のＣＴデータが制御ユニット６０に入力される。医療分野では、ＣＴの画像データである３次元画像データは、例えばＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and COmmunication in Medicine）データとして扱われる。造形ユニット５０は、ＣＴデータに基づいて、造形物を１層ずつ積層して形成していく。ＤＩＣＯＭデータは、カラー化された画像データを含んでいてもよく、この場合、造形装置１００は、カラー化された造形物を形成することができる。

図５Ａ〜Ｄでは、後述するように、プリントヘッド４１からインクが吐出されることで粉体４が硬化される層が１層分（所定の層厚分）形成される工程が示されている。粉体４及び未硬化の粉体４がドットのハッチングで示され、硬化層が黒塗りで示されている。

図５Ａに示すように、供給ボックス１１には既に上記のタンクシューター１５から粉体４が供給されて貯溜さている。造形部２０の造形ステージ２２には、硬化層及び未硬化の粉体層が積層された状態となっており、この状態から、硬化層を１層形成する工程が開始される。図５Ａにおいて、ローラ１６及びプリントヘッド４１が示されている位置が、ぞれぞれの待機位置とされる。

まず、図５Ｂに示すように、供給部１０の供給ステージ１２に堆積している粉体４が昇降機構１３（図２参照）により押し上げられ、１層分の粉体層よりも少し過剰な量の粉体４が、プレート２の上面２ｂより高い位置まで供給される。また、造形部２０において、昇降機構２３により造形ステージ２２が降下することで、硬化層及び未硬化の粉体層の上面とプレート２の上面２ｂとの間に、粉体層（硬化層）の１層分の厚みの間隔が設けられる。

図５Ｂにおいて粉体層の１層分の厚みｕは、典型的には、0.1mm〜0.2mm程度であるが、この範囲より大きくてもよいし、小さくてもよい。

図５Ｃに示すように、図５Ｃにおいてローラ１６が反時計回りに回転しつつ、白抜きの矢印の方向に移動することにより、供給部１０から供給された粉体４が搬送される。ここで、ローラ１６の回転方向は、ローラ１６を回転自在にして（ローラ１６の回転軸にかかる回転力をフリーにして）白抜きの矢印の方向に移動させたとしたときに、ローラ１６と造形部２０との摩擦によりローラ１６が回転するであろう方向に対して逆の方向である。このようなローラ１６の回転により粉体４が搬送されることで、造形部２０の硬化層及び未硬化の粉体層の上面に設けられた間隔に粉体４が充填されて、均一に均された粉体層が形成される。

図５Ｄに示すように、ローラ１６が造形部２０を通過して、過剰な量の粉体４を排出路部材３１から排出する。そしてローラ１６が待機位置まで戻る動作と連動するように、プリントヘッド４１が移動機構２６の駆動により移動しながら、上記着色された画像を描くようにインクを吐出する。この場合、粉体層に水性インク（カラーインク及び透明インク）が浸透し、インクが吐出された部分の粉体４が互いに接着され、硬化層が形成される。

ここで、粉体を硬化させる（固める）ために、プリントヘッド４１は、硬化剤を含む透明インクを吐出する。つまり、着色されたインク（ＣＭＹインク）が吐出された領域と同じ領域に、透明インクが吐出されることにより、着色された粉体の硬化層が形成される。

なお、着色しない硬化層を形成する場合、プリントヘッド４１は、透明インクのみを造形可能領域に選択的に吐出すればよい。

なお、ローラ１６が粉体４を搬送し終えて待機位置に戻った後に、プリントヘッド４１は移動を開始し、インクの吐出を開始させてもよい。しかし、上記のように、ローラ１６の戻り動作の時間帯とヘッドの移動動作の時間帯とが重なることにより、処理時間を短縮することができる。

プリントヘッド４１が待機位置まで戻ると、図５Ａに示す状態に戻り、１層分の着色された造形データに対応する、硬化物が形成される。造形装置１００は、以上のような動作を繰り返すことにより、硬化層が積層されて造形物が形成されていく。

造形物が作業者またはロボットにより取り出された後、造形装置１００とは別の、図示しない加熱装置により造形物が加熱されることで、さらに硬度の高い造形物を得るようにしてもよい。

［本技術に係る造形物の製造方法］
近年では、ＣＴスキャン装置や、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置の普及に伴い、特定個人の患部の画像を取得し、ＰＣ（Personal Computer）の画面上で患部の状態を観察することや、あるいは、整形を行うためのシミュレーションを行うことが一般的になってきている。これらは、手術に際して、手術時間の短縮になることから患者の負担を軽減し、このようなシミュレーションを手術の事前に行うことにより、医者の負担を軽減する等、様々なメリットを有している。さらに、臓器等の実物をモデル化したもので、手術前のシミュレーションを行う場合もある。以下では、上記造形装置１００を用いて、そういった患者の患部を含む造形物を製造するための製造方法について説明する。

図６は、本実施形態に係る造形物２００の製造方法の概要を説明するための模式的な図である。この製造方法では、図６Ａに示すように、溶媒に可溶な材料により所定の形状を有する外形部２０１が形成される。所定の形状とは、臓器等の造形の対象となる対象物の外形を意味する。本実施形態では、上記で説明した造形装置１００を用いて、水溶性の材料により外形部２０１が形成される。すなわち積層造形技術により外形部２０１が形成される。

次に、図６Ｂに示すように、溶媒に不溶な第１の軟性材料により外形部２０１を覆う被覆部２０２が形成される。本実施形態では、軟性コーティング剤により外形部２０１が被覆され、これにより被覆部２０２が形成される。被覆部２０２には外形部２０１の形状、すなわち造形の対象物の外形状が転写される。従って外形部２０１は、型として機能することになる。

図６Ｃ及びＤに示すように、溶媒２０３を用いて被覆部２０２に覆われた外形部２０１が溶解される。本実施形態では水を主成分とする溶媒２０３が用いられ、当該溶媒２０３が被覆部２０２の内部に侵入することで、外形部２０１が溶解する。そのために被覆部２０２の所定の位置には、開口部２０４が形成される。開口部２０４は、被覆部２０２の形成後に形成されてもよい。あるいは被覆部２０２が形成されない部分が所定の位置に設定され、その位置が開口部２０４となってもよい。溶媒２０３により溶解される外形部２０１は、消失する消失型として用いられることになる。

図６Ｄ及びＥに示すように、外形部２０１が溶解した後の被覆部２０２に覆われた領域２０５に第２の軟性材料２０６が充填される。これにより本実施形態に係る造形物２００が形成される。従って造形物２００は、被覆部２０２と、被覆部２０２に覆われた内部となる第２の軟性材料２０６からなる。被覆部２０２は、第１の造形部に相当し、内部に充填された第２の軟性材料２０６は、第２の造形部に相当する。上記したように被覆部２０２が形成される際には、外形部２０１が消失型として用いられた。一方、第２の軟性材料２０６が充填される際には、被覆部２０２が型として機能する。そして充填された第２の軟性材料２０６と、型として用いられた被覆部２０２とを合わせて、本実施形態に係る造形物２００が形成される。

第１及び第２の軟性材料としては、例えばシリコーンゴムやウレタン樹脂等の天然高分子が用いられる。あるいは、ゼラチンやコンニャク（グルコマンナン）又は寒天等の天然高分子が用いられる。しかしながらこれらに限定されず、造形の対象となる対象物の種類等に応じて適宜選択されてよい。なお、第１の軟性材料は、溶媒２０３に不溶であることが必要である。

第１及び第２の軟性材料が互いに同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。例えば第１の軟性材料は合成高分子を主成分とする材料であり、第２の軟性材料は天然高分子を主成分とする材料であるといった組み合わせも可能である。例えば臓器等の軟らかい物体を対象にして造形体２００（ソフトモデル）が形成される場合を考える。この場合は、造形物２００の外形状を定める被覆部２０２が合成高分子を主成分とする材料で形成される。そして内部となる第２の軟性材料に天然高分子が用いられる。これにより高い再現性にて造形物２００を形成することが可能となる。その結果、例えば手術シミュレーション等に有用な造形物２００を製造することができる。

図７及び図８は、本実施形態に係る造形物の製造方法の詳しい処理の流れを示すフローチャートである。図９は、本実施形態に係る造形の対象物について説明するための図である。

図７に示すように、造形の対象となる造形物の３Ｄ画像が撮影される（ステップ１０１）。３Ｄ画像の撮影方法等は限定されない。なお、ここでは対象物を３次元で見ることができるのであれば、どのような画像が３Ｄ画像として用いられてもよい。本実施形態では、図９Ａに例として示すようなＣＴ画像が撮影される。例えば撮影のピッチを細かくしたＣＴ画像群により、３次元で各臓器の様子を見ることが可能である。本実施形態では、ＣＴ画像をもとに肝臓を対象物として造形物が形成される。その他、図９Ｂに示すように、心臓、肺、胃、腸、あるいは図示しない脳等を対象物として造形物が形成されてもよい。これら軟らかい物体からなる臓器等の臓器モデルを、高い再現性にて形成することが可能である。

ＣＴ画像から造形部位が抽出される（ステップ１０２）。造形部位は、造形の対象物に相当する。図１０は、本実施形態において、抽出された造形部位を示す図である。図１０Ａに示すように、本実施形態では、肝臓２２０が造形部位として抽出される。また図１０Ｂに示すように、肝臓２２０内に含まれる生体組織としての血管２２１及び癌等の腫瘍２２５も抽出される。

ＣＴ画像から肝臓２２０、血管２２１及び腫瘍２２５の各部分を抽出する方法は限定されず周知の技術が用いられてよい。例えばＣＴヒストグラムのデータからＣＴ値をもとにＣＴ画像にフィルタがかけられる。これにより、肝臓２２０の外形を抽出することが可能である。その他、ＣＴ画像から臓器、動脈２２２や静脈２２３等の血管２２１、又は腫瘍２２５等を抽出するための任意の技術が用いられてよい。なお、生体組織として抽出される部位は、血管２２１や腫瘍２２５に限定されない。

図７のステップ１０３において、肝臓２２０の外形部分と、内部の血管２２１等が分離される。これにより、図１０Ａに示す図のうち血管２２１を除いた、肝臓２２０の外形（外部形状という）を表す画像が生成される。また図１０Ｂに示す血管２２１及び腫瘍２２５の形状（内部形状という）を表す画像が生成される。

なお図１０Ｂに示すように、動脈２２２、静脈２２３及び腫瘍２２５の部位ごとに、色を区別して画像が生成されてもよい。例えばこの色分けをもとに、形成される造形物が色分けされる。これにより手術のシミュレーションや観察等に有用な造形物が製造可能となる。色を分けて画像を生成する方法としては、任意の技術が用いられてよい。

図１１及び図１２は、本実施形態に係る外形部の形成を説明するための図である。本実施形態では、肝臓を模した外形部が形成される。

図７のステップ１０３で生成された肝臓２２０の外形部分の３Ｄ画像データをもとに、造形用のスライス画像が生成され、肝臓部３３０が形成される。具体的には、肝臓２２０の画像データから、厚みが5mm程度となる、肝臓２２０の表面部２３０のデータが生成される。従って肝臓２２０が空洞化されたデータが生成される。また本実施形態では、肝臓２２０を半分に分割して表面部２３０のデータが生成される。図１１に示す部分を右側とすると、図１１Ａに示すように右側表面部２３０ａのデータが生成される。図１２に示す部分を左側とすると、図１２Ａに示すように左側表面部２３０ｂのデータが生成される（ステップ１０４及び１０５）。

ステップ１０５で生成された、右側表面部２３０ａ及び左側表面部２３０ｂの造形用データをもとに、表面部２３０のモデルとして肝臓部３３０が形成される（ステップ１０６）。図１１Ｂに示すように、右側表面部２３０ａのモデルとして肝臓部３３０の右側部分が形成される（以後右側分割部３３０ａと記載する）。また図１２Ｂに示すように、左側表面部２３０ｂのモデルとして肝臓部３３０の左側部分が形成される（以後左側分割部３３０ｂと記載する）。これらは本実施形態において外形部３０１に相当する。このように本実施形態では、外形部３０１は内部空間を有するように形成される。

上記したように、右側分割部３３０ａ及び左側分割部３３０ｂは、食塩を主成分とする材料により積層造形される。これは水を主成分とする溶媒に可溶な造形物として形成される。なお、溶媒として、エタノール等の他の材料が用いられてもよい。そしてその溶媒に可溶な材料で右側分割部３３０ａ及び左側分割部３３０ｂが形成されてもよい。また右側分割部３３０ａ及び左側分割部３３０ｂの形成に用いられる積層造形技術も限定されない。上記した粉体造形法の他に、例えば光造形法、シート積層造形法、あるいは熱溶融積層造形法（ＦＤＭ：Fused Deposition Modeling）等が用いられてもよい。さらに言えば、積層造形技術以外の他の技術により外形部３０１が形成されてもよい。

図１３は、本実施形態に係る造形体としての血管及び腫瘍のモデルを示す写真である。図７のステップ１０３で生成された、血管２２１及び腫瘍２２５の３Ｄ画像データをもとに、造形用のデータが生成される。例えば上記したように、部位ごとに色分けされたデータが生成される。また必要に応じて所定の部位に関して空洞化したデータが生成される。本実施形態では、血管２２１のモデルとして、実際の血管と同じように中空状でなる造形体が形成される。従って血管２２１に関しては、空洞化されたデータが生成される（ステップ１０７及び１０８）。

ステップ１０８で生成された血管２２１及び腫瘍２２５の造形用データをもとに造形モデルが生成される（ステップ１０９）。以下、血管２２１及び腫瘍２２５の造形モデルを、血管部３２１（動脈部３２２及び静脈部３２３）及び腫瘍部３２５と記載する。血管部３２１及び腫瘍部３２５は、溶媒に不溶な造形材料により形成される。本実施形態では非水溶性の材料にて形成される。血管部３２１等の形成方法は限定されない。例えば造形装置１００を用いて粉体造形法により形成されてもよい。この場合、上記した外形部３０１である肝臓部３３０の形成時に、血管部３２１等が形成されてもよい。あるいは肝臓部３３０の形成とは異なるタイミングで血管部３２１等が形成されてもよい。また他の積層造形技術により血管部３２１等が形成されてもよい。あるいは射出成型等の他の技術が用いられてもよい。

図１４及び図１５は、血管２２１を模して中空状に形成される血管部３２１について説明するための図及び写真である。例えば図１４に示すような中空部３０７を有する血管部３２１が、血管２２１の造形用データをもとに、積層造形技術等により直接的に形成されてもよい。一方、図１５Ａに示すように、血管２２１の造形用データから血管部３２１を形成するための型３２４が形成されてもよい。図１５Ｂに示すように、型３２４の断面を見てみると、血管部３２１の外形を定める表面部３２４ａと、血管部３２１の中空部３０７に相当する中央部３２４ｂが形成されている。表面部３２４ａと中央部３２４ｂとの間に、例えばシリコーン等の非水溶性の材料が流し込まれることで、中空状の血管部３２１が形成される。このようにして血管部３２１が形成されてもよい。

中空状の血管部３２１が形成されることで、実物の血管の内部を血液や造影剤等が流れる状況等を再現することも可能となる。また手術シミュレーション等に有用な造形物を形成することができる。後にも説明するが、例えば手術シミュレーションの際に、実際の施術と同様に造影剤もしくは造影剤を模した着色インクのような液体を注入して拡散させ、患部を色付けして、切除する個所を特定するといったことが可能となる。

図１６は、外形部３０１として形成された右側分割部３３０ａ及び左側分割部３３０ｂへのワックスの塗布工程を示す写真である。ステップ１０６にて形成された右側分割部３３０ａ及び左側分割部３３０ｂをそのまま消失型である外形部３０１として用いてもよい。一方で、本実施形態のように粉体を用いた積層造形による造形モデルは、表面に段差や凹凸が残っている場合が多い。従ってこれを埋めるために水溶性のワックスを用いて目止めと呼ばれる凹凸を滑らかにするための穴埋めが行われる。この穴埋めのためのワックスの塗布により、外形部３０１の強度を上昇させることもできる。すなわち外形部３０１を補強することも可能となる（ステップ１１０）。

図１６に示す例では、ブラシ３３９を用いて手動でワックスが塗られている。右側分割部３３０ａ及び左側分割部３３０ｂにワックスを塗布する方法はこれに限定されない。例えばスプレー等の塗布装置により自動的にワックスが吹き付けられてもよい。その他任意の塗布方法が用いられてよい。またワックスの材料も限定されない。

図１７及び図１８は、表面部２３０のモデルとして形成された外形部３０１の組み立てを説明するための写真である。左右の分割部３３０ａ及び３３０ｂをそれぞれ水溶性ワックスで補強した後に、いずれかの分割部に内部モデルである血管部３２１及び腫瘍部３２５が配置される。本実施形態では、図１７Ａに示すように、右側分割部３３０ａの内部空間３３５に血管部３２１及び腫瘍部３２５が配置される。そして、図１７Ｂに示す左側分割部３３０ｂが右側分割部３３０ａに重ね合わされて双方が合体される。これにより内部モデルが左右の分割部３３０ａ及び３３０ｂに挟み込まれる（ステップ１１１）。この結果、図１８に示すように、血管部３２１等が内部空間３３５に配置された外形部３０１が形成される。図１８に示すように、外形部３０１には血管部３２１が通る通路孔３３７が形成されている。

本実施形態では、水溶性のワックスを接着剤として用いることで左右の分割部３３０ａ及び３３０ｂが接着される。各部が接着される合体部にワックスが塗布されることで、段差や凹凸を滑らかにする穴埋めも同時に行われている（図８のステップ１１２）。なお、左右の分割部３３０ａ及び３３０ｂを合体させる方法、及びそれに用いられる接着剤等の種類は限定されない。

図１９は、本実施形態に係る被覆部の形成工程を示す写真である。図１９に示すように、本実施形態では、形成された外形部３０１を覆うように、第１の軟性材料として、型取り用のシリコーンが塗布される（ステップ１１３）。これにより被覆部３４０が形成される。図１９に示すように、被覆部３４０は、可視光を透過する材料、すなわち透明な材料にて形成される。以下、被覆部３４０のことをシリコーン被膜３４０として記載する場合がある。

図１９に示す例では、ブラシ３４１を用いて手動でシリコーンが塗られているが、塗布方法は限定されない。例えばスプレー等の塗布装置により自動的にシリコーンが塗布されてもよい。また溶媒に溶けないのであれば、すなわち非水溶であれば、第１の軟性材料の種類は限定されない。例えば液状のゴムが塗布されたり、スプレーによりゴムが吹き付けられてもよい。その他の軟性材料が用いられてもよい。

図２０は、本実施形態に係る外形部３０１の溶解工程を示す写真である。図２０Ａに示すように、シリコーンからなる被覆部３４０に覆われた外形部３０１が、溶媒である水３４５内に投入される（ステップ１１４）。外形部３０１及び穴埋めのために塗布された水溶性ワックスが溶けやすいように、温度が６０度程度の温水が用いられてもよい（以下、温水３４５と記載する）。本実施形態では、外形部３０１の周囲の全領域にシリコーンが形成されている。従って、外形部３０１の内部に温水３４５が侵入できるように、所定の位置に開口部３０４が形成される。開口部３０４は、目立たない位置や、手術のシミュレーション等に影響を与えない位置に形成される。本実施形態では、血管部３２１の通路孔３３７に対応する位置に開口部３０４が形成される。

溶媒により外形部３０１を溶解させる方法は限定されない。本実施形態のように、温水３４５が入った容器３４６の中に外形部３０１を投入することで、外形部３０１が溶解されてもよい。その他、開口部３０４を介して外形部３０１の内部に温水３０５が注入されることで、外形部３０１が溶解されてもよい。なお、溶媒としてエタノール等の他の材料が用いられる場合でも、ここで説明した外形部３０１を溶媒内へ投入する方法等が行われればよい。

図２０Ｂに示すように、開口部３０４から溶媒である温水３４５が浸透して、外形部３０１が溶解すると、容器３４６の中には被覆部であるシリコーン被膜３４０と内部の血管部３２１及び腫瘍部３２５が残る。本実施形態では、第１の軟性材料として、可視光を透過する材料、すなわち透明な材料が用いられる。従ってシリコーン被膜３４０の外側から内部の血管部３２１等が透けて見える。なお本実施形態では、３０分から１時間程度で、外形部３０１が溶解する。溶解にかかる時間は、溶媒や外形部３０１の材料等により変わる。

図１９及び図２０に示すように、本実施形態では、被覆部３４０の形成工程及び外形部３０１の溶解工程は、外形部３０１の内部空間３３５に造形体である血管部３２１等が配置された状態で行われる。

図２１は、本実施形態に係る第２の軟性材料の充填工程を示す写真である。図２１Ａに示すように、外形部３０１が溶解し、シリコーン被膜３４０と血管部３２１及び腫瘍部３２５からなる造形モデル３４７が、第２の軟性材料としてのゼラチン３４８の水溶液に投入される（ステップ１１５）。そうすると開口部３０４を介して、ゼラチン３４８がシリコーン被膜３４０に覆われた領域に浸透する。本実施形態では、大気圧により自然にゼラチン水溶液が内部に浸透して充填される。この際内部の空気が外部に放出される。図２１Ａに示すように、本実施形態に係る充填工程は、被覆部３４０に覆われた領域に造形体である血管部３２１等が配置された状態で行われる。

第２の軟性材料を被覆部３４０の内部に充填する方法は限定されない。例えばシリンジ等を用いて内部に第２の軟性材料が充填されてもよい。また真空引き等により被覆部内の圧力を低減させてから第２の軟性材料が充填されてもよい。その他、種々の技術が用いられてよい。

図２１Ｂに示すように、内部の空気を抜き冷蔵する等の処理を行い、ゼラチン３４８を固化させる（ステップ１１６）。シリコーン被膜３４０は、肝臓の外形を保ったままなので、ゼラチン３４８の中に本実施形態に係る肝臓モデル３６０が埋まった状態の塊３５１が形成される。ゼラチン３４８を固化させるために架橋剤が添加されてもよい。一度加熱によりゼラチン３４８が架橋され、その後冷却により固化されてもよい。これにより冷蔵のみで固化されたゼラチン３４８よりも耐熱性が向上する。その他、第２の軟性材料を固化させるために、凝固剤の添加や加熱処理等が適宜行われてよい。架橋剤の量を調整してゼラチン３４８の硬度を調整してもよい。これにより例えば肝硬変の進行に応じた硬度にて肝臓モデル３６０を形成することができる。

図２２は、ゼラチン３４８の塊３５１から肝臓モデル３６０を取り出す工程を示す写真である。図２２Ａ及びＢに示すように、徐々に肝臓モデル３６０の外側、すなわちシリコーン被膜３４０の外側にある余分なゼラチン３４８が除去される（ステップ１１７）。ゼラチン３４８を除去する方法は限定されない。これにより、本実施形態に係る造形物として、肝臓モデル３６０が完成する（ステップ１１８）。

図２３は、完成した肝臓モデル３６０を示す写真である。肝臓の外形状を形成するシリコーン被膜３４０の内部に、第２の軟性材料としてゼラチン３４８が充填されている。またゼラチン３４８の内部には、造形体として形成された血管部３２１及び腫瘍部３２５が内包されている。これにより軟らかい物体である肝臓のモデル３６０が、高い再現性を有する造形体として製造された。材料等を適宜選択することで、外形及び内部の構造さらに触感等についても、実物を高い精度で模した肝臓モデル３６０を製造することが可能である。

図２４は、外形部、外形部内に配置される造形体、外形部に塗布される目止め補強材、被膜部となる第１の軟性材料、及び内部に充填される第２の軟性材料のぞれぞれの例を示す表である。図２４の表には、上記ですでに述べたものも記載されている。

図２４に示すように、本技術の実施例として様々な変形例が考えられる。例えば内部に充填される第２の軟性材料として、ゼラチンや、寒天、コンニャクなどの天然高分子が用いられてもよいし、一方で第２の軟性材料として、シリコーンやウレタンなど合成高分子が用いられてもよい。また外形部の積層造形に用いられる粉末や外形部の材料の組み合わせ等が上記で説明した例と異なってもよい。さらに各材料の組成に対して、実質的な機能を変更しないような本質でない材料が添加されてもよい。

図２５−図２７を参照して、切除領域部の形成について説明する。実際の手術において、臓器内の腫瘍が切除される場合には、腫瘍を内包する領域であり、腫瘍よりも大きい領域を切除することがよく行われる。例えば造影剤等が血管を介して注入され、腫瘍がある患部及び腫瘍を切除するための切除領域が強調される。

本実施形態では、生体組織を模した造形体として腫瘍部が形成される場合、その腫瘍部を切除するための領域として切除領域部が形成される。切除領域部とは、上記した切除領域を表す部分である。

図２５Ａに示すように肝臓部３３０の内部に腫瘍部３２５が形成される。この場合、図２５Ｂに示すように、腫瘍部３２５を含む領域であり、腫瘍部３２５よりも大きい領域（破線で囲われた領域）に、切除領域部３７０が形成される。これにより手術シミュレーションに有用な肝臓モデル３６０を製造することが可能となる。

図２６は、切除領域部３７０の形成方法の一例を示す図である。図２６に示す例では、腫瘍部３２５の周りに切除領域部用の材料３７１が腫瘍部３２５を覆うように設けられる。切除領域部用の材料３７１は、典型的には、メラミンフォーム、脱脂綿、布、パルプ、コットンのような繊維状の物質であり、インク等の所定の染色材料により着色される材料である。

図２６Ａに示すように、切除領域部用の材料３７１に覆われた状態で、腫瘍部３２５が外形部３０１の内部空間３３５に配置される。そして図２６Ｂに示すように、外形部３０１となる左右の分割部３３０ａ及び３３０ｂにより、腫瘍部３２５が挟み込まれる（図７のステップ１１１）。その状態で、ステップ１１３にて、シリコーンが塗布され被覆部３４０が形成される。またステップ１１４において、溶媒により外形部３０１が溶解される。なお切除領域部用の材料３７１は、溶媒に不溶な材料が選択されている。ステップ１１５にて、被覆部３４０に覆われた領域にゼラチン３４８が充填される。これによりゼラチン３４８内にて、腫瘍部３２５が繊維材料からなる切除領域部３７０に覆われる。

従って図２６に示す例では、切除領域部３７０の形成工程は、腫瘍部３２５等の配置工程時に切除領域部用の材料３７１にて腫瘍部３２５が覆われ、その状態で被覆部３４０が形成され、外形部３０１が溶解され、第２の軟性材料が充填されることで行われる。腫瘍部３２５を覆うように切除領域用の材料３７１が設けられ、その状態のまま工程を進めるだけでよいので、簡単に切除領域部３７０を形成することができる。

図２６Ａに示すように、染色材料３７３により着色される材料により形成された切除領域部３７０と接続するように、当該染色材料３７３が内部を流通可能な中空状でなる血管部３２１が形成される。これにより、図２６Ｂに示すように、血管部３２１の中空部分に染色材料３７３が注入されると（矢印Ｐ参照）、染色材料３７３が切除領域部３７０に達して、切除領域部３７０が着色されて強調される。この結果、造影剤を血管から注入して腫瘍部分を染色するという行為をシミュレートすることができる。

なお図２６Ｂは、腫瘍部３２５が外形部３０１に挟まれた状態を示す図である。この図を用いて切除領域部３７０の形成、及び切除領域部３７０の着色について説明した。実際は、外形部３０１が溶解した領域に第２の軟性材料が充填されて肝臓モデル３６０が完成する。その完成した肝臓モデルにおいて、血管２２１を介して切除領域部３７０が着色される。完成した肝臓モデル３６０は、被覆部が透明であるので、血管部３７０内を染色材料３７３が流れる状況や、切除領域部３７０が着色される状況等も、十分に観察可能である。

図２７は、切除領域部３７０の形成方法の他の例を示す図である。図２７に示す例では、ＣＴ画像等をもとに血管部３２１及び腫瘍部３２５が造形される際に、切除領域部３７０も同時に造形される。すなわち、図２７に示す例では、切除領域部３７０の形成工程は、腫瘍部３２５の形成工程時に、腫瘍部３２５と腫瘍部３２５を内部に含む切除領域部３７０とがともに形成されることで行われる。

例えば腫瘍のデータをもとに、当該腫瘍を内包する領域のデータが生成され、そのデータをもとに切除領域部３７０が造形されてもよい。あるいは単純に腫瘍部３７０よりもひとまわり大きい領域が造形されてもよい。切除領域部３７０とその内部に形成される腫瘍部３２５とが区別して形成されてもよいし、腫瘍部３２５を内包する切除領域部３７０のみが形成されてもよい。また積層造形法とは異なる方法で、血管部３２１及び腫瘍部３２５が形成される場合でも、それらと同時に切除領域部３７０が形成されればよい。造形体としての腫瘍部３２５の形成工程時に、腫瘍部３２５の形成とともに切除領域部３７０が形成されるので、切除領域部３７０の形成のために特別に工程を増やす必要がなく、工程数を抑えることができる。

図２８は、切除領域部３７０の形成方法の他の例を示す図である。図２８に示す例では、ステップ１１４の第２の軟性材料の充填時に、切除領域部３７０用の軟性材料３７５が用いられる。例えば、ゼラチンで内部を充填して固化する前に、コンニャク（グルコマンナン）を腫瘍部３２５の周りにシリンジ等で注入することで、切除領域部３７０が形成される。このようにエリアごとに異なる種類の軟性材料が使い分けられてもよい。異なる種類の軟性材料としては任意のものが選択されてよい。

すなわち図２８に示す例では、切除領域部３７０の形成工程は、第２の軟性材料の充填工程時に、第２の軟性材料として複数の種類の軟性材料が準備され、腫瘍部３２５の周囲には切除領域用の軟性材料３７５が充填され、その他の領域には切除領域用の軟性材料３７５とは異なる種類の軟性材料が充填されることで行われる。腫瘍部３２５の周りに切除領域用の軟性材料３７５を充填する方法は限定されない。

なお、図２７及び図２８に示すような方法で切除領域部３７０が形成される場合に、染色材料により着色される材料が内部に含まれるように切除領域部３７０が形成されてもよい。例えばガーゼ等の繊維材料が埋め込まれるように切除領域部３７０が形成される。あるいは切除領域部用の軟性材料３７５が充填される際に、腫瘍部３２５の周りに繊維材料が設けられることで、切除領域部３７０が形成される。その他、繊維材料等を内部に含ませる方法は限定されない。

染色材料により着色される材料を含む切除領域部３７０と接続するように、上記した中空状の血管部３２１が形成される。これにより、造影剤を血管から注入して腫瘍部分を染色するという行為をシミュレートすることができる。

以上、本実施形態に係る造形物の製造方法では、所定の形状を有する外形部３０１が形成され、第１の軟性材料により外形部３０１を覆う被覆部３４０が形成される。外形部３０１は溶媒により溶解され、その後の被覆部３４０に覆われた領域に第２の軟性材料が充填される。この結果、外観及び内部の構造について高い再現性を有する肝臓モデル３６０が製造可能となる。

従来、積層造形装置を用いて造形物を形成する技術は知られており、元となる材料によって様々な形態の造形物が形成されている。例えば、光造形方式の装置では、紫外線硬化型の樹脂が用いられるため、概ね透明で、硬いものや柔らかいものが実現されている。石膏を用いた粉末造形方式では、表面に着色が施された造形物が得られる。臓器等を造形の対象物とした臓器モデルの形成も行われている。例えば臓器モデルとしては、光造形によるモデルがある。また、モールド型を用いて材料を流し込んで、臓器を作製する手法も、以前より知られている。

例えばＣＴ画像を基に、人体の模型を多層造形（積層造形）で作製する手法は、一般的に行われるようになっている。その中で、造形の材料として種類の異なる光硬化樹脂を用いて人体の模型を製作する方法がある。しかしながら、この方式では、材料の制約が大きく、実質的に人体をシミュレートした造形物を得ることは困難である。一般的に使用されている造形方法の組み合わせで人体模型を製作する手法も考えられるが、コストや実現性の点からこれらは実際的でなく、所望の造形物を得ることは困難である場合が多い。

また、人体モデルとして、木材や硬質プラスチックを用いたフレームに、シリコーンなど柔らかい部材で表層を覆ったものも知られている。例えば発泡樹脂ビーズを胸部（***部）に用いることで人体の部位を表現したソフトダミーも用いられている。この方式は、衣類の研究、開発には適しているものの、特定の人物や患者を対象とした医療シミュレーションモデルとは似て非なるものと言わざるを得ない。

臓器モデルを光造形によって作製するものは、時間がかかる、材料費が高い、使える材料に制限がある等の問題点がある。すなわち個人の臓器モデルとしては、コストがかかりすぎるという問題点があった。型を作製する場合は、１個の材料費及び価格は安いものの、型の作製に時間がかかり、型自体が高価になる。従って多数の同じモデルを製作しない場合には、実質的に高価となってしまう。また臓器のような複雑なモデルを製作しようとすると、型が複雑となりモールド手法による製作ができない、難しいといった問題が生じてしまう。

このような問題点があり、個人の臓器モデルを透明で軟らかく安価に製造することも求められていた。上記した本実施形態に係る造形物の製造方法では、この点においても有効である。すなわち、臓器等の外形を定める外形部が消失型として形成される。その外形部には第１の軟性材料にて外被膜が形成される。これにより被覆部に外形形状が転写される。着色された血管の部分や腫瘍部分を残したまま、外形部が消失され第２の軟性材料と置き換えられる。これにより、表面が軟らかく、血管や腫瘍が透けて見える臓器モデルを安価に製造することが可能となる。

臓器モデルを内部が観察可能なように形成できるので、当該臓器モデルを用いた手術シミュレーションや患者への説明に非常に有用である。また外形部を消失型として用いることで、内部の空洞を容易に確保することができる。その結果、より実物に近い造形物を、高い再現性にて形成することができる。また手術シミュレーションに有用な造形物を容易に形成することが可能となる。

また被覆部により内部の第２の軟性材料を保護することも可能である。これにより第２の軟性材料の乾燥等を防止することができ、造形物の強度を維持することができる。また造形物の寿命を長くすることができる。

＜その他の実施形態＞
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態が実現される。

上記の実施形態では、臓器モデル等の、医療分野で使用される造形物が製造された。しかしながら、本技術に係る造形物の製造方法は、他の分野に係る造形物の製造にも勿論適用可能である。すなわち本技術の適用可能な範囲は限定されない。

図２９及び図３０には、本技術により高い再現性で製造された種々の分野に係る造形体の例を示す図である。例えば図２９Ａに示すように、果物やみつ豆のような、種や硬い部分を内部に有する食品サンプル４６０を高い再現性にて製造することができる。硬い部分が、上記の血管部等と同様に形成されればよい。果肉部分等の軟らかい部分は第１及び第２の軟性材料で形成されればよい。ブドウやミカン等の果物、その他種々の食品サンプル４００を製造可能である。

図２９Ｂに示すように、魚あるいはルアーのような、骨格４１１を内部に有するモデル４１０も高い再現性で製造することができる。その他の生物のモデルも製造可能である。

図３０Ａは、恐竜を模した玩具４２０を示す図である。例えば骨格４２１等が硬質な材料で造形体として形成され、それを覆うように第２の軟性材料が充填されてもよい。透過型の第１の軟性材料にて被覆部を形成することで、骨格が外から見える、意匠性の高い玩具４２０を製作することが可能となる。また骨格４２１が関節部分を有し、その関節部分にて手足等を曲げられる構造等も容易に実現可能である。

図３０Ｂは、自動車を模した玩具４３０を示す図である。例えばタイヤ４３１や下部側のフレーム４３２等が別途に造形体として形成される。そしてそれらを覆うようにボディ部４３３がゼラチン等の軟性材料（第２の軟性材料）が充填されることで形成される。表面には、被覆部として例えばシリコーン被膜が形成される。

その他にも、種々の工業分野で使用される、機械、装置、部品等を造形の対象として、高い再現性にて造形物を製造することが可能である。

上記造形装置１００は、粉体材料を用いて積層造形を行う装置としての一例であり、装置の構造は、本技術の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。

なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
（１）溶媒に可溶な材料により所定の形状を有する外形部を形成し、
前記溶媒に不溶な第１の軟性材料により前記外形部を覆う被覆部を形成し、
前記溶媒を用いて前記被覆部に覆われた前記外形部を溶解させ、
前記外形部が溶解した後の前記被覆部に覆われた領域に第２の軟性材料を充填する
造形物の製造方法。
（２）（１）に記載の造形物の製造方法であって、
前記外形部は、積層造形技術により形成される
造形物の製造方法。
（３）（１）又は（２）に記載の造形物の製造方法であって、
前記溶媒は、主成分が水であり、
前記溶媒に可溶な材料は、食塩を主成分とする材料である
造形物の製造方法。
（４）（１）から（３）のうちいずれか１つに記載の造形物の製造方法であって、
前記第１の軟性材料は、可視光を透過する材料である
造形物の製造方法。
（５）（１）から（４）のうちいずれか１つに記載の造形物の製造方法であって、
前記第１及び第２の軟性材料はそれぞれ、天然高分子又は合成高分子を主成分とする材料である
造形物の製造方法。
（６）（５）に記載の造形物の製造方法であって、
前記第１の軟性材料は、前記合成高分子を主成分とする材料であり、
前記第２の軟性材料は、前記天然高分子を主成分とする材料である
造形物の製造方法。
（７）（５）又は（６）に記載の造形物の製造方法であって、
前記合成高分子は、シリコーンゴム又はウレタン樹脂であり、
前記天然高分子は、ゼラチン又はコンニャクである
造形物の製造方法。
（８）（１）から（７）のうちいずれか１つに記載の造形物の製造方法であって、
前記外形部は、内部空間を有するように形成され、
前記造形物の製造方法は、前記被覆部の形成工程前に、さらに、
前記溶媒に不溶な造形材料により造形体を形成し、
前記形成された造形体を前記内部空間に配置し、
前記被覆部の形成工程及び前記溶解工程は、前記内部空間に前記造形体が配置された状態でそれぞれ行われ、
前記充填工程は、前記被覆部に覆われた領域に前記造形体が配置された状態で行われる
造形物の製造方法。
（９）（８）に記載の造形物の製造方法であって、
前記外形部は、臓器を模して形成され、
前記造形体は、前記臓器内に含まれる生体組織を模して形成される
造形物の製造方法。
（１０）（９）に記載の造形物の製造方法であって、
前記生体組織は、血管及び腫瘍である
造形物の製造方法。
（１１）（１０）に記載の造形物の製造方法であって、
前記造形体は、前記血管を模して中空状で形成される
造形物の製造方法。
（１２）（１０）又は（１１）に記載の造形物の製造方法であって、さらに、
前記造形体が前記腫瘍を模して形成される場合に、当該造形体を切除するための領域である切除領域部を形成する
造形物の製造方法。
（１３）（１２）に記載の造形物の製造方法であって、
前記切除領域部の形成工程は、前記造形体の形成工程時に、前記造形体と前記造形体を内部に含む前記切除領域部とがともに形成されることで行われる
造形物の製造方法。
（１４）（１２）に記載の造形物の製造方法であって、
前記切除領域部の形成工程は、前記第２の軟性材料の充填工程時に、前記第２の軟性材料として複数の種類の軟性材料が準備され、前記造形体の周囲には前記切除領域用の軟性材料が充填され、その他の領域には前記切除領域用の軟性材料とは異なる種類の軟性材料が充填されることで行われる
造形物の製造方法。
（１５）（１２）から（１４）のうちいずれか１つに記載の造形物の製造方法であって、
前記切除領域の形成工程は、前記切除領域部内に所定の染色材料により着色される材料が含まれるように、前記切除領域部を形成し、
前記造形体の形成工程は、前記形成された切除領域部と接続するように、前記所定の染色材料が流通可能な前記血管を模した中空状でなる前記造形体を形成する
造形物の製造方法。
（１６）（１２）に記載の造形物の製造方法であって、
前記切除領域部の形成工程は、前記造形体の配置工程時に前記切除領域部用の材料にて前記造形体が覆われ、その状態で前記被覆部が形成され、前記外形部が溶解され、前記第２の軟性材料が充填されることで行われる
造形物の製造方法。
（１７）（１６）に記載の造形物の製造方法であって、
前記切除領域部用の材料は、所定の染色材料により着色される材料であり、
前記造形体の形成工程は、前記切除領域部用の材料をもとに形成された前記切除領域部と接続するように、前記所定の染色材料が流通可能な前記血管を模した中空状でなる前記造形体を形成する
造形物の製造方法。
（１８）（１２）から（１７）のうちいずれか１つに記載の造形物の製造方法であって、
前記切除領域部は、腫瘍を除去する手術シミュレーションのために形成される
造形物の製造方法。

１００…造形装置
２００…造形物
２０１、３０１…外形部
２０２…被覆部
２０３…溶媒
２０５…被覆部に覆われた領域
２０６…第２の軟性材料
３０７…中空部
３２１…血管部
３２５…腫瘍部
３３５…内部空間
３４０…被覆部（シリコーン被膜）
３４５…水
３４８…ゼラチン
３６０…肝臓モデル
３７０…切除領域部
３７１…切除領域部用の材料
３７３…染色材料
３７５…切除領域部用の軟性材料

Claims (18)

1. 溶媒に可溶な材料により所定の形状を有する外形部を形成し、
   前記溶媒に不溶な第１の軟性材料により前記外形部を覆う被覆部を形成し、
   前記溶媒を用いて前記被覆部に覆われた前記外形部を溶解させ、
   前記外形部が溶解した後の前記被覆部に覆われた領域に第２の軟性材料を充填する
   造形物の製造方法。
2. 請求項１に記載の造形物の製造方法であって、
   前記外形部は、積層造形技術により形成される
   造形物の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の造形物の製造方法であって、
   前記溶媒は、主成分が水であり、
   前記溶媒に可溶な材料は、食塩を主成分とする材料である
   造形物の製造方法。
4. 請求項１から３のうちいずれか１項に記載の造形物の製造方法であって、
   前記第１の軟性材料は、可視光を透過する材料である
   造形物の製造方法。
5. 請求項１から４のうちいずれか１項に記載の造形物の製造方法であって、
   前記第１及び第２の軟性材料はそれぞれ、天然高分子又は合成高分子を主成分とする材料である
   造形物の製造方法。
6. 請求項５に記載の造形物の製造方法であって、
   前記第１の軟性材料は、前記合成高分子を主成分とする材料であり、
   前記第２の軟性材料は、前記天然高分子を主成分とする材料である
   造形物の製造方法。
7. 請求項５又は６に記載の造形物の製造方法であって、
   前記合成高分子は、シリコーンゴム又はウレタン樹脂であり、
   前記天然高分子は、ゼラチン又はコンニャクである
   造形物の製造方法。
8. 請求項１から７のうちいずれか１項に記載の造形物の製造方法であって、
   前記外形部は、内部空間を有するように形成され、
   前記造形物の製造方法は、前記被覆部の形成工程前に、さらに、
   前記溶媒に不溶な造形材料により造形体を形成し、
   前記形成された造形体を前記内部空間に配置し、
   前記被覆部の形成工程及び前記溶解工程は、前記内部空間に前記造形体が配置された状態でそれぞれ行われ、
   前記充填工程は、前記被覆部に覆われた領域に前記造形体が配置された状態で行われる
   造形物の製造方法。
9. 請求項８に記載の造形物の製造方法であって、
   前記外形部は、臓器を模して形成され、
   前記造形体は、前記臓器内に含まれる生体組織を模して形成される
   造形物の製造方法。
10. 請求項９に記載の造形物の製造方法であって、
    前記生体組織は、血管及び腫瘍である
    造形物の製造方法。
11. 請求項１０に記載の造形物の製造方法であって、
    前記造形体は、前記血管を模して中空状で形成される
    造形物の製造方法。
12. 請求項１０又は１１に記載の造形物の製造方法であって、さらに、
    前記造形体が前記腫瘍を模して形成される場合に、当該造形体を切除するための領域である切除領域部を形成する
    造形物の製造方法。
13. 請求項１２に記載の造形物の製造方法であって、
    前記切除領域部の形成工程は、前記造形体の形成工程時に、前記造形体と前記造形体を内部に含む前記切除領域部とがともに形成されることで行われる
    造形物の製造方法。
14. 請求項１２に記載の造形物の製造方法であって、
    前記切除領域部の形成工程は、前記第２の軟性材料の充填工程時に、前記第２の軟性材料として複数の種類の軟性材料が準備され、前記造形体の周囲には前記切除領域用の軟性材料が充填され、その他の領域には前記切除領域用の軟性材料とは異なる種類の軟性材料が充填されることで行われる
    造形物の製造方法。
15. 請求項１２から１４のうちいずれか１項に記載の造形物の製造方法であって、
    前記切除領域の形成工程は、前記切除領域部内に所定の染色材料により着色される材料が含まれるように、前記切除領域部を形成し、
    前記造形体の形成工程は、前記形成された切除領域部と接続するように、前記所定の染色材料が流通可能な前記血管を模した中空状でなる前記造形体を形成する
    造形物の製造方法。
16. 請求項１２に記載の造形物の製造方法であって、
    前記切除領域部の形成工程は、前記造形体の配置工程時に前記切除領域部用の材料にて前記造形体が覆われ、その状態で前記被覆部が形成され、前記外形部が溶解され、前記第２の軟性材料が充填されることで行われる
    造形物の製造方法。
17. 請求項１６に記載の造形物の製造方法であって、
    前記切除領域部用の材料は、所定の染色材料により着色される材料であり、
    前記造形体の形成工程は、前記切除領域部用の材料をもとに形成された前記切除領域部と接続するように、前記所定の染色材料が流通可能な前記血管を模した中空状でなる前記造形体を形成する
    造形物の製造方法。
18. 請求項１２から１７のうちいずれか１項に記載の造形物の製造方法であって、
    前記切除領域部は、腫瘍を除去する手術シミュレーションのために形成される
    造形物の製造方法。