特許 6062940 選択的に粒子状物質を結合するための方法及び機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6062940

(24)【登録日】2016年12月22日

(45)【発行日】2017年1月18日

(54)【発明の名称】選択的に粒子状物質を結合するための方法及び機器

(51)【国際特許分類】

   B29C 67/00 20170101AFI20170106BHJP

   B22F 3/105 20060101ALI20170106BHJP

   B22F 3/16 20060101ALI20170106BHJP

   C04B 35/64 20060101ALI20170106BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20170106BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20170106BHJP

【ＦＩ】

   B29C67/00

   B22F3/105

   B22F3/16

   C04B35/64 Z

   B33Y10/00

   B33Y30/00

【請求項の数】73

【全頁数】34

(21)【出願番号】特願2014-523394(P2014-523394)

(86)(22)【出願日】2012年8月1日

(65)【公表番号】特表2014-527481(P2014-527481A)

(43)【公表日】2014年10月16日

(86)【国際出願番号】GB2012051866

(87)【国際公開番号】WO2013021173

(87)【国際公開日】20130214

【審査請求日】2015年7月24日

(31)【優先権主張番号】1113612.4

(32)【優先日】2011年8月5日

(33)【優先権主張国】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】511094587

【氏名又は名称】ラフバラ・ユニバーシティ

【氏名又は名称原語表記】ＬＯＵＧＨＢＯＲＯＵＧＨ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ

(74)【代理人】

【識別番号】110000523

【氏名又は名称】アクシス国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】ニール・ホプキンソン

(72)【発明者】

【氏名】ヘレン・リアノン・トーマス

【審査官】 大塚 徹

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００８−５４０１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５３３４８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５３４５２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ ６７／００

Ｂ２２Ｆ ３／１０５

Ｂ２２Ｆ ３／１６

Ｃ０４Ｂ ３５／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

粒子状物質を選択的に結合する方法であって、
（ｉ）粒子状物質堆積装置から部分土台の面上に粒子状物質のレイヤーを提供する工程；
（ｉｉ）放射線を供給して前記レイヤーの前記物質の一部を焼結する工程；
（ｉｉｉ）前回焼結した前記物質の一部を含む粒子状物質の前回提供レイヤーの上層に粒子状物質堆積装置から粒子状物質の上層追加レイヤーを提供する工程；
（ｉｖ）放射線を供給して前記上層追加レイヤー内の物質の別部分を焼結し、前記別部分を前記前回提供レイヤーの前記前回焼結した物質の一部に焼結する工程；
（ｖ）工程（ｉｉｉ）及び（ｉｖ）を連続的に繰り返して三次元オブジェクトを造形する工程を含み、
前記粒子状物質の１以上のレイヤーが、各レイヤーの前記物質の一部の焼結前にヒーターにより予熱され、前記ヒーターが、前記堆積された粒子状物質を予熱するため、前記部分土台の面上を横切り、前記粒子状物質堆積装置に追随するように構成され、
前記粒子状物質の温度が測定され、前記ヒーターが、測定された前記温度に基づいて前記粒子状物質の１以上のレイヤーを予熱するように制御される、方法。

【請求項2】

前記ヒーターが、粒子状物質の１００ｍｍ内で動くように構成される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ヒーターが、前記粒子状物質の１以上のレイヤーを加熱するように構成され、粒子状物質の少なくとも一つの下層のレイヤーがカールする温度まで冷却されることを阻止する、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記粒子状物質の測定された前記温度が、前記部分土台に提供される前記粒子状物質の表面の少なくとも一部を形成する前記粒子状物質の第１レイヤーに含まれる粒子状物質の温度であり、
前記ヒーターは、前記粒子状物質の第１レイヤーの測定された前記温度に基づいて、前記粒子状物質の第１レイヤーとは異なるレイヤーであり、前記部分土台に提供される前記粒子状物質の表面の少なくとも一部を形成する前記粒子状物質の第２レイヤーを予熱するように制御される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記ヒーターが、焼結を開始させる放射線を供給するための放射線源のピーク波長とは異なるピーク波長を有する範囲の波長を放射する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記粒子状物質のレイヤーが、前記ヒーターのみにより予熱される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記粒子状物質のレイヤーを予熱する前記ヒーターが、前記放射線を供給するための放射線源を備える、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

焼結を開始させる前記放射線を供給するための放射線源が前記ヒーターとは異なる、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

複数の放射線源が放射線を供給するように構成される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記複数の放射線源の１つ以上が前記ヒーターを形成する、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記複数の放射線源の１つ以上が、異なるピーク波長を持つ放射線を供給する、請求項９又は１０に記載の方法。

【請求項12】

１以上のフィルターが、前記複数の放射線源の１つ以上により供給される放射線をフィルターするように構成される、請求項９又は１１に記載の方法。

【請求項13】

前記複数の放射線源の１つ以上が、前記粒子状物質に放射線を供給するべく個別に制御可能である、請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

サポートが前記粒子状物質を受け入れるように構成され、前記サポートが、当該サポートに対して可動な複数の壁を備える、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項15】

前記複数の壁の１つ以上が、前記粒子状物質を加熱するためのヒーターを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記粒子状物質のレイヤーが供給された直後、また前記レイヤーの選択された表面部分上に放射線吸収物質が供給される前に、前記粒子状物質のレイヤーが予熱される、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項17】

前記放射線吸収物質が前記レイヤーの前記選択された表面部分上に供給される前、前記粒子状物質のレイヤーが前記ヒーターにより少なくとも２回予熱される、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記放射線を供給するための放射線源が、楕円構成を規定する反射装置を備える、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項19】

物質の焼結部分の温度を決定し、決定した温度を用いて前記焼結部分に与えられるエネルギーを制御する工程を更に含む、請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項20】

前記決定した温度が閾値温度未満であるならば、前記焼結部分に与えられる前記エネルギーが増加される、請求項１９に記載の方法。

【請求項21】

前記決定した温度が閾値温度を超えるならば、前記焼結部分に与えられる前記エネルギーが減じられる、請求項１９又は２０に記載の方法。

【請求項22】

センサーが前記焼結部分の温度の決定に用いられる、請求項１９乃至２１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項23】

前記センサーが、赤外線カメラ、単一パイロメーター又はパイロメーターのアレイである、請求項２２に記載の方法。

【請求項24】

前記放射線を供給するための放射線源からの出力エネルギーを決定し、決定した出力エネルギーに応じて前記放射線源のエネルギーの出力を制御する工程を更に含む、請求項１乃至２３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項25】

焼結されるべき前記粒子状物質に対して物質を供給して、焼結されるべき前記粒子状物質の特性を変化させる工程を更に含む、請求項１乃至２４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項26】

前記レイヤーの選択された表面部分に亘り工程（ｉｉ）で供給される放射線の吸収を変化させて前記レイヤーの前記物質の一部を焼結する工程；及び
前記上層追加レイヤーの選択された表面部分に亘り工程（ｉｖ）で供給される放射線の吸収を変化させて、前記上層追加レイヤー内の物質の別部分を焼結し、また前記別部分を前記前回提供レイヤーの前記前回焼結した物質の一部に焼結する工程を更に含む、請求項１乃至２５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項27】

放射線吸収の変化が、前記レイヤー及び前記上層追加レイヤーの各々の前記選択された表面部分に亘りある量の放射線吸収物質を供給することにより達成される、請求項２６に記載の方法。

【請求項28】

前記放射線吸収物質が印刷ヘッドにより供給され、前記印刷ヘッドが、前記放射線吸収物質の温度を制御するための関連の熱制御装置を含む、請求項２７に記載の方法。

【請求項29】

赤外線吸収顔料又は染料が前記放射線吸収物質に加えられる、請求項２７又は２８に記載の方法。

【請求項30】

前記放射線吸収物質が黒以外の色を持つ、請求項２７乃至２９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項31】

デバイスが、ハウジング、第１放射線吸収物質を供給するための第１印刷ヘッド、ローラー、及び第１放射線源を備える、請求項２７乃至３０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項32】

前記第１印刷ヘッドが、前記ローラーと前記第１放射線源の間に配置される、請求項３１に記載の方法。

【請求項33】

前記デバイスが、前記ローラーに隣接して配置された第２放射線源を更に備える、請求項３１又は３２に記載の方法。

【請求項34】

前記デバイスが、第２放射線吸収物質を供給するための第２印刷ヘッドを更に備える、請求項３１乃至３３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項35】

所定領域について放射線吸収物質の量を測定し、測定結果が所定範囲内であるか否かを決定する工程を更に含む、請求項２７乃至３４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項36】

前記粒子状物質が、ポリマー、セラミック、及び金属の少なくとも一つを含む、請求項１乃至３５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項37】

プロセッサにより実行される時、請求項１乃至３６のいずれか一項に記載の方法の実行を生じさせる指令がエンコードされた非一時的コンピューター読み取り可能記憶媒体。

【請求項38】

コンピューター上で実行される時、請求項１乃至３６のいずれか一項に記載の方法を実行するコンピュータープログラム。

【請求項39】

粒子状物質を選択的に結合するための機器であって、
コントローラーを備え、該コントローラーが、
（ｉ）粒子状物質堆積装置からの部分土台の面上への粒子状物質のレイヤーの提供を制御し；
（ｉｉ）放射線の供給を制御し、前記レイヤーの前記物質の一部を焼結し；
（ｉｉｉ）前回焼結した前記物質の一部を含む粒子状物質の前回提供レイヤーの上層への粒子状物質堆積装置からの粒子状物質の上層追加レイヤーの提供を制御し；
（ｉｖ）放射線の供給を制御し、前記上層追加レイヤー内の前記物質の別部分を焼結し、前記別部分を前記前回提供レイヤーの前記前回焼結した物質の一部に焼結し；
（ｖ）工程（ｉｉｉ）及び（ｉｖ）の連続的な繰り返しを制御し、三次元オブジェクトを造形するように構成され、
前記粒子状物質の１以上のレイヤーが、各レイヤーの前記物質の一部の焼結前にヒーターにより予熱され、前記ヒーターが、前記堆積された粒子状物質を予熱するため、前記部分土台の面上を横切り、前記粒子状物質堆積装置に追随するように構成され、
前記粒子状物質の温度が測定され、前記ヒーターが、測定された前記温度に基づいて前記粒子状物質の１以上のレイヤーを予熱するように制御される、機器。

【請求項40】

前記ヒーターが、粒子状物質の１００ｍｍ内で動くように構成される、請求項３９に記載の機器。

【請求項41】

前記ヒーターが、前記粒子状物質のレイヤーの１つ以上を加熱するように構成され、粒子状物質の少なくとも一つの下層のレイヤーがカールする温度まで冷却されることを阻止する、請求項３９又は４０に記載の機器。

【請求項42】

前記粒子状物質の測定された前記温度が、前記部分土台に提供される前記粒子状物質の表面の少なくとも一部を形成する前記粒子状物質の第１レイヤーに含まれる粒子状物質の温度であり、
前記ヒーターは、前記粒子状物質の第１レイヤーの測定された前記温度に基づいて、前記粒子状物質の第１レイヤーとは異なるレイヤーであり、前記部分土台に提供される前記粒子状物質の表面の少なくとも一部を形成する前記粒子状物質の第２レイヤーを予熱するように制御される、請求項３９乃至４１のいずれか一項に記載の機器。

【請求項43】

前記ヒーターが、前記放射線を供給するための放射線源のピーク波長とは異なるピーク波長を有する範囲の波長を放射するように構成される、請求項３９乃至４２のいずれか一項に記載の機器。

【請求項44】

前記粒子状物質のレイヤーが、前記ヒーターのみにより予熱される、請求項３９乃至４３のいずれか一項に記載の機器。

【請求項45】

前記粒子状物質のレイヤーを予熱する前記ヒーターが、前記放射線を供給するための放射線源を備える、請求項３９乃至４４のいずれか一項に記載の機器。

【請求項46】

前記放射線を供給するように構成された放射線源を更に備え、当該放射線源が前記ヒーターとは異なる、請求項３９乃至４４のいずれか一項に記載の機器。

【請求項47】

放射線を供給するように構成された複数の放射線源を更に備える、請求項３９乃至４６のいずれか一項に記載の機器。

【請求項48】

前記複数の放射線源の１つ以上が前記ヒーターを形成する、請求項４７に記載の機器。

【請求項49】

前記複数の放射線源の１つ以上が、異なるピーク波長を持つ放射線を供給する、請求項４７又は４８に記載の機器。

【請求項50】

前記複数の放射線源の１つ以上により供給される放射線をフィルターするように構成された１以上のフィルターを更に備える、請求項４７又は４９に記載の機器。

【請求項51】

前記複数の放射線源の１つ以上が、前記粒子状物質に放射線を供給するべく個別に制御可能である、請求項４７乃至５０のいずれか一項に記載の機器。

【請求項52】

前記粒子状物質を受け入れるように構成されたサポートを更に備え、前記サポートが、当該サポートに対して可動な複数の壁を備える、請求項３９乃至５１のいずれか一項に記載の機器。

【請求項53】

前記複数の壁の１つ以上が前記粒子状物質を加熱するためのヒーターを含む、請求項５２に記載の機器。

【請求項54】

前記粒子状物質のレイヤーが供給された直後、また前記レイヤーの選択された表面部分上に放射線吸収物質が供給される前に、前記粒子状物質のレイヤーが予熱される、請求項３９乃至５３のいずれか一項に記載の機器。

【請求項55】

前記放射線吸収物質が前記レイヤーの前記選択された表面部分上に供給される前に、前記粒子状物質のレイヤーが前記ヒーターにより少なくとも２回予熱される、請求項５４に記載の機器。

【請求項56】

前記放射線を供給するための放射線源を更に備え、当該放射線源が、楕円構成を規定する反射装置を含む、請求項３９乃至５５のいずれか一項に記載の機器。

【請求項57】

前記物質の焼結部分の温度を決定するべく構成されたセンサーを更に備え、前記コントローラーが、決定した温度を用いて前記焼結部分に与えるエネルギーを制御するように構成される、請求項３９乃至５６のいずれか一項に記載の機器。

【請求項58】

前記決定した温度が閾値温度未満であるならば、前記焼結部分に与えられる前記エネルギーが増加される、請求項５７に記載の機器。

【請求項59】

前記決定した温度が閾値温度を超えるならば、前記焼結部分に与えられる前記エネルギーが減じられる、請求項５７又は５８に記載の機器。

【請求項60】

前記センサーが、赤外線カメラ、単一パイロメーター又はパイロメーターのアレイである、請求項５７乃至５９のいずれか一項に記載の機器。

【請求項61】

前記放射線を供給するための放射線源からの出力エネルギーを決定するように構成されたセンサーを更に備え、前記コントローラーが、決定した出力エネルギーに応じて前記放射線源のエネルギーの出力を制御するように構成される、請求項３９乃至６０のいずれか一項に記載の機器。

【請求項62】

前記コントローラーが、焼結されるべき前記粒子状物質の特性を変化させるべく、焼結されるべき前記粒子状物質に対する物質の供給を制御するように構成される、請求項３９乃至６１のいずれか一項に記載の機器。

【請求項63】

前記コントローラーが、
前記レイヤーの選択された表面部分に亘り工程（ｉｉ）で供給される放射線の吸収を変化させて前記レイヤーの前記物質の一部を焼結する工程；及び
前記上層追加レイヤーの選択された表面部分に亘り工程（ｉｖ）で供給される放射線の吸収を変化させて、前記上層追加レイヤー内の物質の別部分を焼結し、また前記別部分を前記前回提供レイヤーの前記前回焼結した物質の一部に焼結する工程を制御するように構成される、請求項３９乃至６２のいずれか一項に記載の機器。

【請求項64】

放射線吸収の変化が、前記レイヤー及び前記上層追加レイヤーの各々の前記選択された表面部分に亘りある量の放射線吸収物質を供給することにより達成される、請求項６３に記載の機器。

【請求項65】

前記放射線吸収物質を供給するように構成された印刷ヘッドを更に備え、前記印刷ヘッドが、前記放射線吸収物質の温度を制御するための関連の熱制御装置を含む、請求項６４に記載の機器。

【請求項66】

赤外線吸収顔料又は染料が前記放射線吸収物質に加えられる、請求項６４又は６５に記載の機器。

【請求項67】

前記放射線吸収物質が黒以外の色を持つ、請求項６４乃至６６のいずれか一項に記載の機器。

【請求項68】

ハウジング、第１放射線吸収物質を供給するための第１印刷ヘッド、ローラー、及び第１放射線源を備えるデバイスを更に備える、請求項６４乃至６７のいずれか一項に記載の機器。

【請求項69】

前記第１印刷ヘッドが、前記ローラーと前記第１放射線源の間に配置される、請求項６８に記載の機器。

【請求項70】

前記デバイスが、前記ローラーに隣接して配置された第２放射線源を更に備える、請求項６８又は６９に記載の機器。

【請求項71】

前記デバイスが、第２放射線吸収物質を供給するための第２印刷ヘッドを更に備える、請求項６８乃至７０のいずれか一項に記載の機器。

【請求項72】

所定領域について放射線吸収物質の量を測定するように構成されたセンサーを更に備え、前記コントローラーが、測定結果が所定範囲内であるか否かを決定するように構成される、請求項６４乃至７１のいずれか一項に記載の機器。

【請求項73】

前記粒子状物質が、ポリマー、セラミック、及び金属の少なくとも一つを含む、請求項３９乃至７２のいずれか一項に記載の機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態が、選択的に粒子状物質を結合するための方法及び機器に関する。

【背景技術】

【0002】

プロトタイプ部品の形成のためにラピッドプロトタイピングが広範に用いられており、現在、多数の機器や方法がラピッドプロトタイピングの実行のために利用可能である。ある方法では、部品のコンピューター生成３次元モデルが、コンピューター支援製図（ＣＡＤ）ソフトウェアを用いて初期生成される。３次元モデルは、次に、多数の仮想レイヤーにスライスされ、そして装置が用いられて特定物質でレイヤーを形成し、レイヤーを焼結して３次元オブジェクトを造形する。

【0003】

３次元オブジェクトを造形する時、通常、粒子状物質がスムーズに流動してビルド面上に信頼性高く均一に堆積するべく、相対的に低温であることが必要である。もし堆積時に粒子状物質が高温すぎると、それが不十分に流動してビルド欠陥又は不十分な部分品質を生じさせ得る。しかしながら、一度堆積すると、もし粉体が低温すぎると、下層の前回のレイヤーの焼結物質が上方にカールする温度未満に冷却され、従って、ビルドの進行が阻止される。

【0004】

従って、粒子状物質を選択的に結合する代替の方法と機器を提供することが望ましい。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

必ずしも全てではないが、本発明の様々な実施形態によれば、粒子状物質を選択的に結合する方法が提供され、該方法が、
（ｉ）部分土台に粒子状物質のレイヤーを提供する工程；
（ｉｉ）放射線を供給して前記レイヤーの前記物質の一部を焼結する工程；
（ｉｉｉ）前回焼結した前記物質の一部を含む粒子状物質の前回レイヤーの上層に粒子状物質の追加レイヤーを提供する工程；
（ｉｖ）放射線を供給して上層の前記追加レイヤー内の物質の別部分を焼結し、前記別部分を前記前回レイヤーの前記前回焼結した物質の一部に焼結する工程；
（ｖ）工程（ｉｉｉ）及び（ｉｖ）を連続的に繰り返して三次元オブジェクトを造形する工程を含み、
前記粒子状物質のレイヤーの少なくとも幾つかが、各レイヤーの前記物質の一部の焼結前にヒーターにより予熱され、前記ヒーターが、前記粒子状物質に対し、近接して動くように構成される。

【0006】

前記ヒーターが、粒子状物質の１００ｍｍ内で動くように構成される。

【0007】

前記ヒーターが、前記粒子状物質のレイヤーの少なくとも幾つかを加熱するように構成され、粒子状物質の少なくとも一つの下層のレイヤーがカールする温度まで冷却されることを阻止する。

【0008】

前記放射線を供給するための放射線源が、楕円構成を規定する反射装置を備える。

【0009】

方法が、粒子状物質の温度を測定する工程；及び測定した温度を用いて前記粒子状物質のレイヤーの予熱を制御する工程を更に含む。

【0010】

前記ヒーターが、焼結を開始させる放射線を供給するための放射線源のピーク波長とは異なるピーク波長を有する範囲の波長を放射する。

【0011】

前記粒子状物質のレイヤーが、前記ヒーターのみにより実質的に予熱される。

【0012】

方法が、物質の焼結部分の温度を決定し、決定した温度を用いて前記焼結部分に与えられるエネルギーを制御する工程を更に含む。

【0013】

前記決定した温度が閾値温度未満であるならば、前記焼結部分に与えられる前記エネルギーが増加される。

【0014】

前記決定した温度が閾値温度を超えるならば、前記焼結部分に与えられる前記エネルギーが減じられる。

【0015】

センサーが前記焼結部分の温度の決定に用いられる。

【0016】

前記センサーが、赤外線カメラ、単一パイロメーター又はパイロメーターのアレイである。

【0017】

方法が、前記放射線を供給するための放射線源からの出力エネルギーを決定し、決定した出力エネルギーに応じて前記放射線源のエネルギーの出力を制御する工程を更に含む。

【0018】

前記放射線を供給するための放射線源が前記ヒーターとは異なる。

【0019】

前記粒子状物質のレイヤーを予熱する前記ヒーターが、前記放射線を供給するための放射線源を備える。

【0020】

複数の放射線源が放射線を供給するように構成される。

【0021】

前記複数の放射線源の少なくとも幾つかが、異なるピーク波長を持つ放射線を供給する。

【0022】

１以上のフィルターが、前記複数の放射線源の少なくとも幾つかにより供給される放射線をフィルターするように構成される。

【0023】

前記複数の放射線源の少なくとも幾つかが、前記粒子状物質に放射線を供給するべく個別に制御可能である。

【0024】

前記複数の放射線源の少なくとも幾つかが前記ヒーターを形成する。

【0025】

サポートが前記粒子状物質を受け入れるように構成され、前記サポートが、当該サポートに対して可動な複数の壁を備える。

【0026】

前記複数の壁の少なくとも幾つかが、前記粒子状物質を加熱するためのヒーターを含む。

【0027】

方法が、焼結されるべき前記粒子状物質に対して物質を供給して、焼結されるべき前記粒子状物質の特性を変化させる工程を更に含む。

【0028】

方法が、前記レイヤーの選択された表面部分に亘り工程（ｉｉ）で供給される放射線の吸収を変化させて前記レイヤーの物質の一部を焼結する工程；及び前記追加レイヤーの選択された表面部分に亘り工程（ｉｖ）で供給される放射線の吸収を変化させて、上層の前記追加レイヤー内の物質の別部分を焼結し、また前記別部分を前記前回レイヤーの前記前回焼結した物質の一部に焼結する工程を更に含む。

【0029】

放射線吸収の変化が、前記レイヤー及び前記追加レイヤーの各々の前記選択された表面部分に亘りある量の放射線吸収物質を供給することにより達成される。

【0030】

前記粒子状物質のレイヤーが供給された直後、また前記レイヤーの前記選択された表面部分上に前記放射線吸収物質が供給される実質的に前に、前記粒子状物質のレイヤーが実質的に予熱される。

【0031】

前記放射線吸収物質が前記レイヤーの前記選択された表面部分上に供給される前、前記粒子状物質のレイヤーが前記ヒーターにより少なくとも２回予熱される。

【0032】

前記放射線吸収物質が印刷ヘッドにより供給され、前記印刷ヘッドが、前記放射線吸収物質の温度を制御するための関連の熱制御装置を含む。

【0033】

赤外線吸収顔料又は染料が前記放射線吸収物質に加えられる。

【0034】

前記放射線吸収物質が黒以外の色を持つ。

【0035】

デバイスが、ハウジング、第１放射線吸収物質を供給するための第１印刷ヘッド、ローラー、及び第１放射線源を備える。

【0036】

前記第１印刷ヘッドが、前記ローラーと前記第１放射線源の間に配置される。

【0037】

前記デバイスが、前記ローラーに隣接して配置された第２放射線源を更に備える。

【0038】

前記デバイスが、第２放射線吸収物質を供給するための第２印刷ヘッドを更に備える。

【0039】

方法が、所定領域について放射線吸収物質の量を測定し、測定結果が所定範囲内であるか否かを決定する工程を更に含む。

【0040】

前記粒子状物質が、ポリマー、セラミック、及び金属の少なくとも一つを含む。

【0041】

必ずしも全てではないが、本発明の様々な実施形態によれば、プロセッサにより実行される時、先行の段落のいずれかに記載の方法の実行を生じさせる指令がエンコードされた非一時的コンピューター読み取り可能記憶媒体が提供される。

【0042】

必ずしも全てではないが、本発明の様々な実施形態によれば、コンピューター上で実行される時、先行の段落のいずれかに記載の方法を実行するコンピュータープログラムが提供される。

【0043】

必ずしも全てではないが、本発明の様々な実施形態によれば、粒子状物質を選択的に結合するための機器が提供され、当該機器が、コントローラーを備え、該コントローラーが、（ｉ）部分土台への粒子状物質のレイヤーの提供を制御し；（ｉｉ）放射線の供給を制御し、前記レイヤーの前記物質の一部を焼結し；（ｉｉｉ）前回焼結した前記物質の一部を含む粒子状物質の前回レイヤーの上層の粒子状物質の追加レイヤーの提供を制御し；（ｉｖ）放射線の供給を制御し、上層の前記追加レイヤー内の前記物質の別部分を焼結し、前記別部分を前記前回レイヤーの前記前回焼結した物質の一部に焼結し；（ｖ）工程（ｉｉｉ）及び（ｉｖ）の連続的な繰り返しを制御し、三次元オブジェクトを造形するように構成され、前記粒子状物質のレイヤーの少なくとも幾つかが、各レイヤーの前記物質の一部の焼結前にヒーターにより予熱され、前記ヒーターが、粒子状物質に対し、近接して動くように構成される。

【0044】

前記ヒーターが、粒子状物質の１００ｍｍ内で動くように構成される。

【0045】

前記ヒーターが、前記粒子状物質のレイヤーの少なくとも幾つかを加熱するように構成され、粒子状物質の少なくとも一つの下層のレイヤーがカールする温度まで冷却されることを阻止する。

【0046】

機器が、前記放射線を供給するための放射線源を更に備え、当該放射線源が、楕円構成を規定する反射装置を含む。

【0047】

機器が、前記粒子状物質の温度を測定するべく構成されたセンサーを更に備え、前記コントローラーが、測定した温度を用いて前記粒子状物質のレイヤーの予熱を制御するように構成される。

【0048】

前記ヒーターが、前記放射線を供給するための放射線源のピーク波長とは異なるピーク波長を有する範囲の波長を放射するように構成される。

【0049】

前記粒子状物質のレイヤーが、前記ヒーターのみにより実質的に予熱される。

【0050】

デバイスが、前記物質の焼結部分の温度を決定するべく構成されたセンサーを更に備え、前記コントローラーが、決定した温度を用いて前記焼結部分に与えるエネルギーを制御するように構成される。

【0051】

前記決定した温度が閾値温度未満であるならば、前記焼結部分に与えられる前記エネルギーが増加される。

【0052】

前記決定した温度が閾値温度を超えるならば、前記焼結部分に与えられる前記エネルギーが減じられる。

【0053】

前記センサーが、赤外線カメラ、単一パイロメーター又はパイロメーターのアレイである。

【0054】

機器が、前記放射線を供給するための放射線源からの出力エネルギーを決定するように構成されたセンサーを更に備え、前記コントローラーが、決定した出力エネルギーに応じて前記放射線源のエネルギーの出力を制御するように構成される。

【0055】

機器が、前記放射線を供給するように構成された放射線源を更に備え、当該放射線源が前記ヒーターとは異なる。

【0056】

前記粒子状物質のレイヤーを予熱する前記ヒーターが、前記放射線を供給するための放射線源を備える。

【0057】

機器が、放射線を供給するように構成された複数の放射線源を更に備える。

【0058】

前記複数の放射線源の少なくとも幾つかが、異なるピーク波長を持つ放射線を供給する。

【0059】

機器が、前記複数の放射線源の少なくとも幾つかにより供給される放射線をフィルターするように構成された１以上のフィルターを更に備える。

【0060】

前記複数の放射線源の少なくとも幾つかが、前記粒子状物質に放射線を供給するべく個別に制御可能である。

【0061】

前記複数の放射線源の少なくとも幾つかが前記ヒーターを形成する。

【0062】

機器が、前記粒子状物質を受け入れるように構成されたサポートを更に備え、前記サポートが、当該サポートに対して可動な複数の壁を備える。

【0063】

前記複数の壁の少なくとも幾つかが前記粒子状物質を加熱するためのヒーターを含む。

【0064】

前記コントローラーが、焼結されるべき前記粒子状物質の特性を変化させるべく、焼結されるべき前記粒子状物質に対する物質の供給を制御するように構成される。

【0065】

前記コントローラーが、
前記レイヤーの選択された表面部分に亘り工程（ｉｉ）で供給される放射線の吸収を変化させて前記レイヤーの物質の一部を焼結する工程；及び
前記追加レイヤーの選択された表面部分に亘り工程（ｉｖ）で供給される放射線の吸収を変化させて、上層の前記追加レイヤー内の物質の別部分を焼結し、また前記別部分を前記前回レイヤーの前記前回焼結した物質の一部に焼結する工程を制御するように構成される。

【0066】

放射線吸収の変化が、前記レイヤー及び前記追加レイヤーの各々の前記選択された表面部分に亘りある量の放射線吸収物質を供給することにより達成される。

【0067】

前記粒子状物質のレイヤーが供給された直後、また前記レイヤーの前記選択された表面部分上に前記放射線吸収物質が供給される実質的に前に、前記粒子状物質のレイヤーが実質的に予熱される。

【0068】

前記放射線吸収物質が前記レイヤーの前記選択された表面部分上に供給される前、前記粒子状物質のレイヤーが前記ヒーターにより少なくとも２回予熱される。

【0069】

前記放射線吸収物質を供給するように構成された印刷ヘッドを更に備え、前記印刷ヘッドが、前記放射線吸収物質の温度を制御するための関連の熱制御装置を含む。

【0070】

赤外線吸収顔料又は染料が前記放射線吸収物質に加えられる。

【0071】

前記放射線吸収物質が黒以外の色を持つ。

【0072】

機器が、ハウジング、第１放射線吸収物質を供給するための第１印刷ヘッド、ローラー、及び第１放射線源を備えるデバイスを更に備える。

【0073】

前記第１印刷ヘッドが、前記ローラーと前記第１放射線源の間に配置される。

【0074】

前記デバイスが、前記ローラーに隣接して配置された第２放射線源を更に備える。

【0075】

前記デバイスが、第２放射線吸収物質を供給するための第２印刷ヘッドを更に備える。

【0076】

機器が、所定領域について放射線吸収物質の量を測定するように構成されたセンサーを更に備え、前記コントローラーが、測定結果が所定範囲内であるか否かを決定するように構成される。

【0077】

前記粒子状物質が、ポリマー、セラミック、及び金属の少なくとも一つを含む。
本発明の実施形態の様々な実施例のより良い理解のために、ここで例示のためのみに添付図面を参照する。

【図面の簡単な説明】

【0078】

【図1】図１は、本発明の様々な実施形態に係る機器の概略図を図示する。

【図2】図２は、粒子状物質のレイヤーの表面部分の平面図を図示する。

【図3】図３は、本発明の様々な実施形態に係る別の機器の概略図を図示する。

【図4】図４は、本発明の様々な実施形態に係る更なる機器の概略図を図示する。

【図5】図５は、本発明の様々な実施形態に係る別の機器の概略図を図示する。

【図6a】図６ａは、粒子状物質のレイヤーの表面部分の平面図を図示する。

【図6b】図６ｂは、図６ａの粒子状物質のレイヤーの側面図である。

【図7】図７は、３次元オブジェクトを造形するために用いられる粒子状物質を結合するための機器の概略図を図示する。

【図8】図８は、異種の粒子状物質を結合するために用いられる図１の機器を図示する。

【図9】図９は、本発明の様々な実施形態に係る選択的に粒子状物質を結合する方法のフローチャートを図示する。

【図10】図１０は、本発明の様々な実施形態に係る粒子状物質の温度の制御方法のフローチャートを図示する。

【図11】図１１は、本発明の様々な実施形態に係る粒子状物質の焼結部分の温度の制御方法のフローチャートを図示する。

【図12】図１２は、本発明の様々な実施形態に係る放射線源からのエネルギー出力の制御方法のフローチャートを図示する。

【図13】図１３は、本発明の様々な実施形態に係る放射線吸収物質の出力の測定方法のフローチャートを図示する。

【図14】図１４は、本発明の様々な実施形態に係る粒子状物質を受けるサポートの概略図を図示する。

【図15A】図１５Ａは、本発明の様々な実施形態に係る放射線吸収物質を提供する機器の概略的な側面図を図示する。

【図15B】図１５Ｂは、本発明の様々な実施形態に係る放射線吸収物質を提供する機器の概略的な側面図を図示する。

【図15C】図１５Ｃは、本発明の様々な実施形態に係る放射線吸収物質を提供する機器の概略的な側面図を図示する。

【図15D】図１５Ｄは、本発明の様々な実施形態に係る放射線吸収物質を提供する機器の概略的な側面図を図示する。

【図16A】図１６Ａは、本発明の様々な実施形態に係る放射線吸収物質を提供する機器の概略的な平面図を図示する。

【図16B】図１６Ｂは、本発明の様々な実施形態に係る放射線吸収物質を提供する機器の概略的な平面図を図示する。

【図16C】図１６Ｃは、本発明の様々な実施形態に係る放射線吸収物質を提供する機器の概略的な平面図を図示する。

【図17A】図１７Ａは、本発明の様々な実施形態に係る放射線源の概略的な平面図を図示する。

【図17B】図１７Ｂは、本発明の様々な実施形態に係る放射線源の概略的な平面図を図示する。

【発明を実施するための形態】

【0079】

図面を参照すると、例えば、焼結により粒子状物質を結合するための機器１１が全体的に示される。機器１１は、放射線源１２により供給される放射線、例えば赤外線に対する粒子状物質のレイヤー１０の表面部分の露出を可能にするべく構成されたコントローラー１３を備える。コントローラー１３は、表面部分に亘る放射線吸収の変動を制御するようにも構成される。

【0080】

コントローラー１３の実施は、ハードウェア単体（例えば、回路、プロセッサ等）で可能であり、ファームウェア単体を含むソフトウェアのある側面を有し、或いはハードウェアとソフトウェア（ファームウェア含む）の組み合わせである。コントローラー１３は、ハードウェア機能性を可能にする指令、例えば、汎用又は特定用途のプロセッサ１３₁で実行可能であり、そのようなプロセッサ１３₁により実行されるべくコンピューター読み取り可能記憶媒体１３₂（ディスク、メモリ等）上に記憶されたコンピュータープログラム指令１３₃を用いて実施され得る。

【0081】

プロセッサ１３₁は、メモリ１３₂に対してリード及びライトするべく構成される。プロセッサ１３₁は、これを介してデータ及び／又はコマンドがプロセッサ１３₁により出力される出力インターフェース、及びこれを介してデータ及び／又はコマンドがプロセッサ１３₁に入力される入力インターフェースも備える。

【0082】

メモリ１３₂は、プロセッサ１３₁にロードされる時に機器１１の動作を制御するコンピュータープログラム指令を備えるコンピュータープログラム１３₃を記憶する。コンピュータープログラム指令１３₃がロジック及びルーティーンを提供し、機器１１が後述の段落、また図９、１０、１１、１２、及び１３に図示のものに記載の方法を実行することが可能になる。プロセッサ１３₁は、メモリ１３₂を読み、コンピュータープログラム１３₃をロードして実行できる。

【0083】

コンピュータープログラム１３₃は、任意の適切な配信メカニズム１５を介して機器１１に伝達する。配信メカニズム１５は、例えば、非一時的なコンピューター読み取り可能記憶媒体、コンピュータープログラム製品、メモリ装置、コンパクトディスクリードオンリーメモリー（ＣＤ-ＲＯＭ）又はデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）といった記録媒体、コンピュータープログラム１３₃を有形に体現する製品であり得る。配信メカニズムは、コンピュータープログラム１３₃を信頼性高く転送するべく構成された信号であり得る。機器１１は、コンピューターデータ信号としてコンピュータープログラム１３₃を伝搬又は伝送し得る。

【0084】

メモリ１３₂が単一部品として図示されるが、１以上の別々の部品で実施され得、これらの幾つか又は全てが、一体化／取り外し可能であり、及び／又は永久／半永久／ダイナミック／キャッシュされたストレージを提供する。

【0085】

「コンピューター読み取り可能記憶媒体」、「コンピュータープログラム製品」、「有形に体現されたコンピュータープログラム」等又は「コントローラー」、「コンピューター」、「プロセッサ」等の参照は、シングル／マルチプロセッサアーキテクチャー及びシーケンシャル（フォンノイマン）／パラレルアーキテクチャーといった異なるアーキテクチャーを有するコンピューターだけではなく、当然、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ（field-programmable gate arrays））、特定用途向け回路（ＡＳＩＣ（application specific circuits））、信号処理装置、及び他の処理回路も包含する。コンピュータープログラム、指令、コード等の参照は、例えば、当然に、ハードウェア装置のプログラム可能なコンテンツ、プロセッサ用のウェザー指令（whether instruction）、若しくは固定機能装置、ゲートアレイ又はプログラム可能ロジック装置等の構成セッティングといったプログラム可能なプロセッサ又はファームウェア用のソフトウェアを包含する。

【0086】

この出願で用いられるように、用語「回路」が、次の全てに言及する：（ａ）（アナログ及び／又はデジタル回路のみでの実施といった）ハードウェアのみ回路の実施、及び（ｂ）回路とソフトウェア（及び／又はファームウェア）の組み合わせ、（適用可能であるならば）（ｉ）プロセッサ（群）の組み合わせ、又は（ｉｉ）一緒に稼働して装置、例えばモバイルフォン又はサーバーに様々な機能を実行させるプロセッサ（群）／ソフトウェア（デジタル信号プロセッサ（群）を含む）の部分、ソフトウェア、及びメモリ（群）、及び（ｃ）ソフトウェア又はファームウェアが物理的に存在していなくても、ソフトウェア又はファームウェアに動作を要求するマイクロプロセッサ（群）又はマイクロプロセッサ（群）の部分といった回路。

【0087】

「回路」の定義は、本出願における同用語の全使用に適用し、いずれかの請求項での使用も含む。更なる例としては、本出願で用いられるように、用語「回路」は、単なるプロセッサ（又はマルチプロセッサ）若しくはプロセッサの部分とその（またはそれらの）付随のソフトウェア及び／又はファームウェアの実施も含意する。用語「回路」は、また、例えば、特定のクレイム要素に適用可能であるならば、モバイルフォン用のベースバンド集積回路又はアプリケーションプロセッサ集積回路、又はサーバー、セルラーネットワーク装置、又は他のネットワーク装置の同様の集積回路も含意する。

【0088】

図１は、粒子状物質の焼結用の機器の第１実施形態を図示し、遮蔽材１４（つまり、マスク）が、レイヤー１０の表面部分上に線源１２で生成される放射線を選択的に遮蔽するために設けられ、これによりレイヤー１０の表面部分上に入射する放射線の強度を変更する。遮蔽材１４は、ガラス板といった放射線透過性基板１６を備え、これは、酸化アルミニウムといった変動量の放射線反射性物質１８を支持する。基板上に堆積した物質１８の量やパターンは、以降に説明のように、レイヤー１０の表面部分上に入射する放射線の強度を選択的に変更するべく変更される。

【0089】

図２も参照すると、レイヤー１０の表面部分が遮蔽材１４により多数の領域に論理的に分割され、これが、粒子状物質を結合するために放射線に晒されるべき結合部分２０、焼結により粒子状物質の結合を阻止するために放射線から遮蔽又少なくとも実質的に遮蔽されるべき非結合部分２２を含む。非結合部分２２に伝達される放射線の強度が、粒子状物質がその焼結温度まで加熱されない程度ならば、非結合部分２２の完全遮蔽は本質的ではない。幾つかの状況では、非結合部分２２上への放射線の低強度の伝達で物質を加熱することが望ましく、また完成部品の精度の向上に帰結し得る。これは、非結合部分２２の加熱物質が、結合部分２０と非結合部分２２の物質の間の熱勾配を低減するためである。

【0090】

結合部分２０が遮蔽材１４により中央部分２４とエッジ部分２６に論理的に分割され、反射性物質１８が基板１６上に堆積され、反射性物質１８が配されないだろうエッジ部分２６よりも中央部分２４により多くの量の物質１８が堆積される。結果として、結合部分２０の表面に亘る放射線の強度が、粒子状物質のレイヤー１０の表面が放射線源１２で生成の放射線に完全に晒されるエッジ部分２６での最大値まで中央部分２４での最小値から増加する。

【0091】

反射性物質のレイヤーが図１では模式的に図示される。図のレイヤーの厚みの変動は、実際のレイヤーの厚みの変動を図示せず、物質の量の変動を図示する。図でレイヤーが厚く示されるところには、実際に多量の物質が存在する。

【0092】

結合部分２０が、たった一つのエッジ部分２６を有し、中央部分２４が結合部分２０の中央に設けられるように図示したが、結合部分２０が例えば環状構成であり、中央部分２４がエッジ部分２６により２つの側方から結合され得ることが理解される。更には、中央部分２４が粒子状物質のレイヤー１０の表面部分の中央に配置されることは本質的ではない。

【0093】

コントローラー１３は、モーター２８を制御するべく構成され、図１に示す、レイヤー１０を被覆する遮蔽位置から、レイヤー１０を被覆しない非遮蔽位置へ遮蔽材１４を移動する。コントローラー１３は、基板１６上へ反射性物質１８を堆積するため、印刷ヘッド３０といった堆積装置を制御するようにも構成される。コントローラー１３は、ヘッド３０により基板１６の各部分に堆積される物質１８の量を制御する。図１に示す実施形態においては、ヘッド３０が静止を維持し、モーター２８がヘッド３０を通過するように基板１６を動かすことに応じて基板１６上に反射性物質１８を堆積する。（不図示の）代替実施形態においては、レイヤー１０を被覆する、基板１６が静止を維持し、モーター２８が基板１６上で印刷ヘッド３０を動かし、そこに反射性物質１８を堆積する。

【0094】

図示の実施形態においては、反射性物質１８が機器の稼働中に基板１６上に同期間に印刷される。ヘッド３０により基板１６上に印刷された物質１８の量が、レイヤー１０の表面温度に応じてコントローラー１３により変更される。機器１１は、１以上のセンサー３１を１以上の機器１１の特性を測定するために含む。レイヤー１０の表面温度が、温度測定装置（例えば、パイロメーター、又は熱画像カメラ）といったセンサー３１により測定され、表面温度測定値がリアルタイムでコントローラー１３に伝送される。（不図示）ワイピング構成が反射性物質１８を基板１６から除くために設けられ、それを再使用できる。基板表面での所望の放射線強度プロファイルに依存し、異なる量の物質１８を基板１６に堆積できる。

【0095】

代替して、反射性物質１８が機器の稼働前に基板１６上に事前印刷され、粒子状物質の各レイヤー１０に一つ、同一の事前印刷基板１６又は多数の事前印刷基板１６が使用される。この場合、パイロメーターを用いた表面温度の測定が必要ではない。複数の事前印刷基板１６の使用は、多量の同一部品の製造の必要がある場合には特に有益である。なぜなら、それにより物質の各レイヤーを焼結するのに要する時間が減じられ、これによりプロトタイプ部品が製造でき、反復性を高め、部品の製造コストの低減につながるためである。

【0096】

複数の事前印刷基板１６を利用し、又は異なる量の反射性物質１８を同一基板１６上に同時期に印刷し、またこれらを使用して物質の同一レイヤー１０を複数の露光ステップで異なる放射線強度プロファイルに露光することは本発明の範囲内であることも注意されたい。

【0097】

図３は、粒子状物質を結合するための第２実施形態の機器を図示し、ここで対応の要素には対応の参照番号が付与されている。図３の機器は、図１に図示のものに類似するが、反射性物質１８が基板１６上に堆積されることに代えて、反射性物質１８が、印刷ヘッド３０を用いて粒子状物質のレイヤー１０の表面部分上に直接的に堆積される。

【0098】

この実施形態の機器においては、印刷ヘッド３０が、再び、コントローラー１３により制御され、これが、レイヤー１０の表面に亘るヘッド３０の動きとレイヤー１０上への反射性物質１８の堆積の速度の両方を制御する。ここでも、温度測定装置３１、例えば、パイロメーターＰ又は熱画像カメラを用いてレイヤー１０の表面温度のリアルタイム測定が実行され、コントローラー１３により温度測定値が用いられ、レイヤー１０の表面部分上にヘッド３０により印刷される反射性物質１８の量が決定される。

【0099】

反射性物質のレイヤーが図３に概略的に図示される。図でのレイヤー厚の変動が実際のレイヤー厚の変動を図示せず、物質の量の変動を図示する。図においてレイヤーが厚いところには、実際には多量の物質が存在する。

【0100】

図４は、第１及び第２実施形態と同様の粒子状物質を結合するための機器の第３実施形態を図示し、ここで対応の要素には対応の参照番号が付与される。この実施形態においては、コントローラー１３が、線源１２から供給される放射線を選択的に方向変換（反射）するように構成され、これにより、レイヤー１０の表面部分に亘り入射する放射線強度を変更する。コントローラー１３を用いて、デジタルミラー装置（ＤＭＤ（Digital Mirror Device））３６を形成する複数のミラー３４を制御することにより放射線の選択的な方向転換が達成される。各ミラー３４は、放射線がレイヤー１０の表面部分上へ全反射される動作位置又は放射線が全反射されて表面部分から離間する非動作位置へコントローラーにより調整可能である。ミラー３４のアレイを提供することにより、後記のように、レイヤー１０の表面部分が有効にセグメントのアレイに分割され、個々のミラー３４が動作及び非動作位置の間で動かされる頻度（周波数）を選択的に変更して、ビットマップ画像に応じ、各セグメントに入射する放射線の強度が変更できる。

【0101】

パイロメーターといった温度測定装置の使用は、オプションではあるが、レイヤー１０の表面部分に亘る瞬時の温度変動に応答してコントローラー１３により各ミラー３４の位置が瞬時、リアルタイムに制御可能である本実施形態の機器には特に有利である。

【0102】

図５は、上述の実施形態と同様の粒子状物質を結合するための機器の第４実施形態を図示し、ここで対応の要素には対応の参照番号が付与されている。

【0103】

図５の機器は、粒子状物質のレイヤー１０の表面部分上に直接的に物質が堆積される点において図３の機器に最も類似している。しかしながら、第４実施形態によれば、物質が、放射線吸収物質５０、例えば、粉体形態にカーボンブラックを含む物質である。使用に際しては、放射線源１２により供給の放射線が、表面上に存在する範囲で放射線吸収物質５０により吸収され、放射線吸収物質５０の加熱が生じる。放射線吸収物質５０からの熱が下層の粒子状物質に伝達し、粒子状物質の個々の粒子の温度を高める。粒子群がそれらの溶融温度に近づく温度まで加熱される時、これらが隣接の加熱された粒子らに接して合体する。続いて温度が低下するとき、粒子群が結合した粒子状物質の合体の塊を形成する。

【0104】

レイヤー１０の表面部分上への放射線吸収物質５０の直接的な堆積により、所望のように、粒子状物質の放射線吸収特性が変更され、また注意深く制御される。様々な実施形態においては、放射線吸収物質５０の一定量が粒子状物質１０の表面上に設けられ、これが粒子状物質の幾つか又は全てのレイヤー１０のために繰り返され、三次元オブジェクトを造形する。他の実施形態においては、表面上の放射線吸収物質５０の量の変更により、下層の粒子状物質のレイヤー１０の表面部分の放射線吸収特性の変更が可能である。放射線吸収物質５０がより多く存在する領域においては、放射線源１２から供給の放射線がより多く吸収される。より多くの量の熱が下層の粒子状物質に伝達し、従って、それが高温まで加熱され、より急速に結合する。吸収物質５０が少なくとも存在する領域においては、より少ない放射線吸収となり、従って、下層の粒子状物質に伝わる熱が少なく、それが低速で結合する。

【0105】

放射線吸収物質５０がなく、放射線源１２から供給の放射線に純な粒子状物質が晒される領域においては、放射線の吸収が不十分であり、粒子状物質が溶融温度まで加熱されない。従って、放射線吸収物質５０がない領域では粒子状物質の結合が起こらない。

【0106】

放射線吸収物質５０のレイヤーが図５に概略的に図示される。図のレイヤー厚の変動は、レイヤーの厚みの変動を図示せず、物質の量の変動を図示する。図においてレイヤーが厚いところには、実際には多量の物質が存在する。

【0107】

図１及び３の実施形態のように、中央部分２４よりも結合部分２０のエッジ部分２６でより多くの放射線吸収を行うことが望ましい。従って、放射線吸収物質５０の量がエッジ部分２６での最大値から中央部分２４での最小値に減少する。

【0108】

図示のように、非結合領域２２では粒子状物質のレイヤー１０の表面部分上に放射線吸収物質５０が配されていない。上記の理由のため、レイヤー１０が放射線に晒される時、非結合領域２２では粒子状物質の結合が生じない。しかしながら、非結合領域２２で粒子状物質がある程度に加熱され、これは、上述のように、結合部分２０と非結合領域２２の粒子状物質の間の熱勾配を有利にも最小化できる。

【0109】

図３の実施形態に関しては、印刷ヘッド３０が、放射線吸収物質５０の所望量をレイヤー１０の表面部分上に堆積するように動作し、印刷ヘッド３０の動きやヘッド３０により堆積された物質５０の量がコントローラー１３により制御される。ここでもパイロメーター又は熱画像カメラがレイヤー１０の表面温度を測定するために用いられ、堆積される放射線吸収物質５０の量が、温度測定値に応じてコントローラー１３により変更される。

【0110】

出願人は、低速での焼結により粒子状物質が結合される時、結合した物質が良好な物質特性、例えば、高強度を有するが、エッジ部分２６では乏しい精細度を有することを見いだした。乏しい精細度は、粒子状物質が結合するために生じ、そこでは幾らかの縮小（収縮）があり、これが非結合領域２２から結合領域２０に向かう非結合の粒子の不要な動きを生じさせる。他方、粒子状物質が高速に焼結される時、結合した物質が劣等な物質特性を有し、しかしながら、エッジ部分２６の粒子状物質が高速に結合され、また位置固定され、これにより周囲の非結合の粒子状物質の不要な動きが最小化され、良好なエッジ精細度を有する。

【0111】

従って、良好な物質特性とエッジ部分２６での良好な精細度を有する結合した粒子状物質のレイヤー１０を提供するため、結合部分２０の粒子状物質を低速で結合して良好な物質特性を確保し、エッジ部分２６で粒子状物質を急速に結合させて良好なエッジ精細度を確保することが望ましい。

【0112】

これを達成可能とする一つの方法は、上述の発明の実施形態の機器とは異なる機器を用い、結合部分２０の残部よりもエッジ部分２６でより多くの放射線吸収を行う。これは、第１、第２又は第３実施形態に係る機器を用いてレイヤー１０の選択された表面部分上に入射する放射線の強度を変更することにより、若しくは、表面部分に亘る放射線吸収物質５０の量の変動の提供により選択された表面部分に亘る放射線の吸収を変更することにより達成可能である。上述の全ての場合において、単一の露光ステップでレイヤー１０上に放射線が照射される。

【0113】

本発明の第４実施形態に係る機器を用い、ここで以降に説明するように、同様の結果が、複数の露光ステップにおいて粒子状物質のレイヤー１０上に放射線を提供することにより達成される。

【0114】

第１方法によれば、放射線吸収物質５０の一定の第１量が結合部分２０上に設けられ、放射線源１２を用い、レイヤー１０上に放射線が照射され、結合部分２０の下層の粒子状物質が結合する。放射線吸収物質５０の第１量が相対的に少ない量に選択されており、下層の粒子状物質が低速で結合し、良好な物質特性を持つ。

【0115】

粒子状物質が結合した後、縮小が生じるだろうエッジ部分２６でレイヤー１０に更に粒子状物質が加えられる。第１量よりも多い同一の放射線吸収物質５０の第２量は、次に、エッジ部分２６上に供給され、再度、放射線源１２を用いて放射線がレイヤー１０上に照射される。物質の第２量が相対的に多くの量に選択され、下層の粒子状物質が高速に結合する。エッジ部分２６に存在する放射線吸収物質５０の量の増加に起因し、また下層の粒子状物質の高速な結合のため、物質の縮小が最小化され、従って、物質が結合した結果のレイヤー１０がエッジ部分２６で良好な精細度を持つ。

【0116】

第２方法によれば、第１自然放射線吸収性を有する第１放射線吸収物質５０の一定量が結合部分２０上に設けられ、放射線源１２を用いてレイヤー１０上に放射線が照射され、結合部分２０の下層の粒子状物質が結合する。第１放射線吸収物質５０が低い自然放射線吸収性を有するように選択され、相対的に少ない量の放射線が吸収され、下層の粒子状物質が低速で結合し、良好な物質特性を持つ。

【0117】

粒子状物質が結合した後、縮小が生じるだろうエッジ部分２６でレイヤー１０上に更に粒子状物質が加えられる。第２自然放射線吸収性を有する異なる第２放射線吸収物質５０が、次にエッジ部分２６上に設けられ、再び、放射線が放射線源１２を用いてレイヤー１０上に照射される。第２放射線吸収物質５０が高い自然放射線吸収性を有するように選択され、これが第１放射線吸収物質５０の吸収性よりも高く、従って、より多量の放射線が吸収され、エッジ部分２６の下層の粒子状物質が高速で結合する。

【0118】

第３方法によれば、放射線の第１波長又はスペクトル範囲を吸収可能である第１放射線吸収物質５０が結合部分２０上に供給され、放射線源１２を用いて、レイヤー１０上に第１波長又はスペクトル範囲の放射線が照射され、結合部分２０の下層の粒子状物質が結合する。

【0119】

粒子状物質が結合した後、縮小が生じるだろうエッジ部分２６でレイヤー１０に追加の粒子状物質が加えられる。放射線の異なる第２波長又はスペクトル範囲を吸収可能である第２放射線吸収物質５０がエッジ部分２６上に供給され、放射線源１２を用いてレイヤー１０上に第２波長又はスペクトル範囲の放射線が照射される。

【0120】

結合部分２０での所望の物質特性を確保するため、第１波長又はスペクトル範囲の放射線が相対的に低強度を持つように選択され、第１放射線吸収物質５０が低速で加熱され、下層の粒子状物質が低速で結合する。エッジ部分２６での良好な精細度を確保するため、第２波長又はスペクトル範囲の放射線が相対的に高強度を持つように選択され、第２放射線吸収物質５０が急速に加熱され、下層の粒子状物質が急速で結合する。

【0121】

代替して、第１方法を参照して上述のように、第１放射線吸収物質５０よりも多くの量の第２放射線吸収物質５０が設けられ、放射線源１２により供給される第１及び第２波長又はスペクトル範囲の放射線が同一強度を持つように選択される。

【0122】

更なる代替例としては、第２方法を参照して上述のように、第２放射線吸収物質５０が第１放射線吸収物質５０よりも高い自然放射線吸収性を持つように選択され、放射線源１２により供給の第１及び第２波長又はスペクトル範囲の放射線が同一強度を持つように選択される。

【0123】

望まれるならば、第３方法が採用され、第１及び第２放射線吸収物質５０が粒子状物質のレイヤーの表面上に同時に与えられ、第１及び第２波長又はスペクトル範囲の放射線が別工程で提供される。

【0124】

上述の第１、第２、及び第３方法が修正され、レイヤー１０のエッジ部分２６の粒子状物質が初期段階では高速に結合してエッジ部分２６をロックし、続いて、結合部分２０の残部の粒子状物質が低速で結合されて所望の物質特性を確保することも可能である。

【0125】

ここで図６ａ及び６ｂを参照すると、本発明に係る機器により、粒子状物質のレイヤー１０の表面部分がセグメント３２のアレイに論理的に分割されることが許容される。コントローラー１３が独立して各セグメント３２上の放射線吸収の量を制御することができ、表面部分で吸収されるべき放射線量を特定するべくビットマップ画像が使用できる。ビットマップ画像の各セグメント３２のグレースケールが個々に調整可能であり、第１及び第２実施形態の機器の場合には、基板１６又はレイヤー１０の表面部分の各セグメント上に堆積される反射性物質１８の量が個別に調整可能であり、ビットマップ画像に応じ、レイヤー１０の表面部分上に任意の所望の放射線強度プロファイルを提供する。第３実施形態の機器が採用される場合、ミラー３４が調整されてアレイの各セグメント３２上に入射する放射線の強度が変更される。第４実施形態の機器が用いられる時、レイヤー１０の表面部分の各セグメント上に堆積された放射線吸収物質５０の量が個別に調整可能であり、ビットマップ画像に応じ、任意の所望の放射線吸収プロファイルをレイヤー１０の表面部分上に提供する。

【0126】

図６ａ及び６ｂに図示の構成においては、反射性物質１８の第１量が、結合部分２０の中央部分２４を規定するセグメント３２上に印刷ヘッド３０により堆積されている。よって、最大強度未満の第１強度の放射線が、これらのセグメント３２の下に配置されたレイヤー１０の表面部分上に入射する。放射線の第１強度は、粒子状物質の温度を高めてそれを結合させるのに十分に高い。

【0127】

結合部分２０のエッジ部分２６を規定するセグメント３２上に反射性物質１８が設けられておらず、従って、最大強度の放射線が、これらのセグメント３２の下に配置のレイヤー１０の表面部分に到達することが許容される。最大強度の放射線によりエッジ部分２６を規定するセグメント３２の下に配置の粒子状物質が中央部分２４の粒子状物質よりも早く結合する。

【0128】

第１量よりも多くの第２量の反射性物質１８が、印刷ヘッド３０により非結合領域２２を規定するセグメント３２上に堆積される。十分な量の物質１８が設けられ、これらのセグメント３２の下に配置のレイヤー１０の表面部分へのどの放射線の伝達が阻止される。結果として、これらのセグメント３２の下に配置された粒子状物質が結合しない。

【0129】

個々の各セグメント３２上の放射線強度の変動が第２実施形態の機器に関して説明されたが、反射性物質１８が基板１６上に印刷される第１実施形態に係る、ミラー３４が各セグメント３２に入射する放射線の強度を変更するために用いられる第３実施形態に係る、又は放射線吸収物質５０が粒子状物質のレイヤー１０の表面部分上に印刷される第４実施形態に係る機器を用いて同一の効果を達成できると理解される。

【0130】

反射性物質のレイヤーが図６ｂに概略的に図示される。図のレイヤー厚の変動は、実際のレイヤーの厚みの変動を図示せず、物質の量の変動を図示する。図においてレイヤーが厚いところには、実際に多量の物質が存在する。

【0131】

ここで図７を参照すると、三次元オブジェクト３８を造形するために用いられる図３の機器の概略図が図示される。再び、上述された機器の要素には対応の参照番号が付与される。

【0132】

機器が、粒子状物質の複数のレイヤー１０ａ〜１０ｅを結合することで３次元オブジェクト３８を造形するために用いられる。粒子状物質、例えば、ナイロン粉体の供給が供給タンク４０に設けられ、コントローラー１３がモーターＭを制御するように構成され、これによりタンク４０から垂直可動プラットフォーム４４を含む構築装置４２へ粒子状物質を移すことができる。プラットフォーム４４の動作がコントローラー１３により制御され、各レイヤー１０が形成される後に別々のステップで垂直に下方にプラットフォーム４４が動かされる。

【0133】

初期には、プラットフォーム４４が最上位置にあり、コントローラー１３がモーターＭを作動させてプラットフォーム４４上に粒子状物質の第１レイヤー１０ａを提供する。次に、コントローラー１３は、印刷ヘッド３０を作動させ、物質のレイヤー１０の表面部分上に反射性物質１８の所望のパターンを堆積する。代替して、先に述べたように、反射性物質１８が、印刷ヘッド３０により基板１６上に堆積され、若しくは表面に入射する強度がデジタルミラーを用いて制御される。

【0134】

次に、コントローラー１３が放射線源１２を作動させ、反射性物質１８により規定されたように、選択されたレイヤー１０の表面部分上に放射線を照射する。図７に示すように、結合部分２０に亘り強度が変動した放射線が供給され、この部分の物質が結合される。反射性物質１８は、物質が結合せずに粒子状のまま残る非結合領域２２の物質の表面部分への放射線の伝達を阻止、又は少なくとも実質的に阻止する。従って、反射性物質１８の変動量が、レイヤー１０の結合領域２０に亘る可変強度の放射線を提供する。

【0135】

第１レイヤー１０ａの結合領域２０での物質の結合が為された後、コントローラー１３が放射線源１２を非稼働とし、所望のレイヤー厚みにおよそ等しい距離だけプラットフォーム４４を下げる。次に、コントローラー１３がモーターＭを作動させ、既に結合された物質の一部を含む第１レイヤー１０ａの上層の粒子状物質の第２レイヤー１０ｂを提供する。次に、コントローラー１３が印刷ヘッド３０を作動させ、第２レイヤー１０ｂの表面部分上に反射性物質１８を堆積する。第２レイヤー１０ｂの表面部分上に堆積された反射性物質１８の量及びパターンが、第１レイヤー１０ａ上に堆積されたものと同じであるか、若しくは、例えば、デザイン又はパイロメーターを用いて実行された表面温度測定に応じて異なる。次に、コントローラー１３が放射線源１２を作動させ、第２レイヤー１０ｂの表面部分に亘り放射線を供給し、反射性物質１８により表面部分に亘る変動した強度の放射線が供給される。従って、第２レイヤー１０ｂの結合領域２０の物質が結合し、また第１レイヤー１０ａの物質の前回の結合部分にも結合する。従って、隣接レイヤー１０ａ、１０ｂが結合し、凝集性のオブジェクト３８の一部を造形する。

【0136】

コントローラー１３は、オブジェクト３８の造形が完了するまで、この態様で動作を継続し、更に粒子状物質のレイヤー１０ｃ〜１０ｅを堆積し、これらを結合させる。ひとたび凝集性のオブジェクト３８が造形されるや、コントローラー１３によりプラットフォーム４４が上げられ、結合したオブジェクト３８及びオブジェクト３８の周囲の非結合の粒子状物質の残部の全てを装置４２から排出する。

【0137】

繰り返すが、本発明の他の実施形態のいずれかに係る機器が用いられ、三次元オブジェクト３８が造形されるものと理解されるべきである。

【0138】

図８は、レイヤー１０で互いに隣接して設けられた異なる粒子状物質Ｐ１及びＰ２を結合するための図１の機器の使用を図示する。説明のため、物質Ｐ１、例えば、銅が、物質Ｐ２、例えば、鋼よりも低い溶融点を有し、また従って低い温度で焼結により結合する。物質Ｐ２の濃度が過渡勾配領域１９に亘り右から左へ減少する。物質Ｐ１の濃度が、過渡勾配領域１９に亘り左から右へ減少する。

【0139】

最適な物質特性を確保し、また物質Ｐ１及びＰ２の間の勾配領域１９の熱ストレスを最小化するため、基板１６には、レイヤー１０の物質Ｐ１の上層のその部分上に多量の反射性物質１８が供給され、物質Ｐ２の上層のその部分上には少量の反射性物質が供給され、勾配領域１９上の反射性物質の量が図では左から右へ減少する。このように放射線強度を変更することにより、物質Ｐ１及びＰ２が所定強度の放射線源１２を用いて異なる温度に加熱され、同時に結合して凝集レイヤーを形成する。

【0140】

反射性物質１８のレイヤーが図８に概略的に図示される。図のレイヤーの厚みの変動は、実際のレイヤーの厚みの変動を図示せず、物質の量の変動を図示する。図でレイヤーが厚く示されるところには、実際に多量の物質が存在する。

【0141】

第１実施形態の機器が非類似の粒子状物質Ｐ１とＰ２の結合に使用されることが記載されたが、反射性物質１８がレイヤー１０の表面部分上に直接印刷される第２実施形態の機器、ミラー３４を用いて放射線を選択的に方向転換する第３実施形態の機器、又は放射線吸収物質５０がレイヤー１０の表面部分上に直接的に印刷される第４実施形態の機器が代替的に用いられることが即時に理解される。

【0142】

上述した実施形態のいずれにおいても、放射線吸収物質を粒子状物質に加えて放射線吸収を高めることが望ましい。例えば、カーボンブラックといった物質がこの目的のために用いられる。

【0143】

セラミック充填パウダーといった他の粒子状物質が粒子状物質に加えられ、結果物の物質特性が向上される。

【0144】

異なる放射線吸収物質が採用される場合、例えば、図５を参照して上述のように、異なる色であり、所望の美観特性の結果物が提供される。例えば、放射線吸収物質が黒以外の色を持つ。

【0145】

図９は、本発明の様々な実施形態に係る粒子状物質を選択的に結合する方法のフローチャートを図示する。図９に図示の方法が、焼結を介して粒子状物質を選択的に結合するように構成された任意の機器により実施される。例えば、選択的なレーザー焼結装置、選択的な阻止装置、選択的マスキング装置、放射線吸収物質を利用する焼結装置、及び図１〜８に図示の様々な機器１１により方法が実施される。

【0146】

ブロック５２では、方法が、粒子状物質のレイヤーをサポート（これは、部分土台とも呼ばれる）に提供することを含む。次に、ブロック５４では、方法が、放射線源からの放射線を供給してレイヤーの物質の一部を焼結することを含む。放射線源が、任意の適切な波長（群）の電磁波を出射するように構成された任意の適切な線源である。例えば、放射線源がレーザーである。

【0147】

ブロック５６では、方法が、前回の焼結された物質の一部を含む前回の粒子状物質のレイヤーの上層に追加の粒子状物質のレイヤーを提供することを含む。次に、ブロック５８では、方法が、放射線を供給し、上層の追加レイヤー内にて物質の追加部分を焼結し、また前回のレイヤーの前回の物質の焼結部分に対してその追加部分を焼結することを含む。方法は、次に、連続的にブロック５６及び５８を繰り返してブロック６０で三次元オブジェクトを造形する。

【0148】

ブロック５２と５４では、方法が、また、粒子状物質のレイヤーが提供された後、放射線吸収物質、反射性物質又は反射性マスクを提供することを含むことが理解される。

【0149】

粒子状物質のレイヤーの少なくとも幾つかには、ヒーター（例えば、図５に図示のヒーター５１）は、機器が各レイヤーの物質の一部を焼結する前に粒子状物質を予熱する。例えば、ブロック５２及び／又はブロック５４では、方法が、ヒーターを制御して前回の粒子状物質のレイヤーを予熱することを更に含む。

【0150】

粒子状物質のレイヤーが、粒子状物質のレイヤーが提供された実質的に直後、またレイヤーの選択された表面部分上に提供された粒子状物質の焼結を開始する放射の前、粒子状物質のレイヤーが予熱されるものと理解される。幾つかの実施形態では、レイヤーの選択された表面部分上に提供された粒子状物質の焼結を開始する放射の前、粒子状物質のレイヤーが少なくとも２回ヒーターにより予熱される。

【0151】

ヒーターが任意の放射線源であり、また粒子状物質に対し、また粒子状物質に近接して動くように構成される。もし粒子状物質から１００ｍｍ未満の距離ならば、ヒーターが粒子状物質に近接するものと理解される。部分土台の表面上の１００ｍｍ以下の高さで粒子状物質堆積装置に付随して部分土台の表面を横切る加熱ランプが包含され得る。ヒーターは、放射線源と同一の装置であるか、若しくは異なる装置である。粒子状物質及び／又は反射性物質若しくは放射線吸収物質を提供する装置が機器に含まれる場合、ヒーターが機器のハウジング内に収容され、また従って機器と共に動く。

【0152】

様々な実施形態においては、ヒーターが、放射線供給用の放射線源（例えば、図１に図示の放射線源１２）のピーク波長とは異なるピーク波長の波長範囲を放射するように構成され、粒子状物質のレイヤーが、ただヒーターのみで実質的に予熱される（すなわち、放射線源により予熱されない）。

【0153】

図９に図示の方法が幾つかの利益を提供する。例えば、近接するヒーターからの熱が堆積された粒子状物質に即時に伝達し、下層の焼結物質が上方にカールする温度まで冷却されにくい。また、近接ヒーターからの熱が新たに堆積された粉体に効率的に伝達し、装置の他の部分が加熱されない。また近接ヒーターにより、堆積された粉体が即時に焼結される用意ができた温度に到達することが許容され、全体の製造工程の迅速化につながる。

【0154】

図１０は、本発明の様々な実施形態に係る粒子状物質の温度の制御方法のフローチャートを図示する。図１０に図示の方法が、図９に図示の方法で実行され得る。ブロック６２では、方法が、粒子状物質の温度を測定することを含む。例えば、１以上のセンサー３１が、粒子状物質の温度の測定のため、赤外線カメラ、単一パイロメーター、又はパイロメーターのアレイを含む。ブロック６４では、方法が、測定された温度を利用して粒子状物質のレイヤーの予熱を制御することを含む。例えば、コントローラー１３がヒーターを制御してヒーターにより供給される熱エネルギーを増加又は減少させる。方法は、次に、ブロック６２に帰還して繰り返される。

【0155】

図１０に図示の方法は、有益にも下層の焼結物質が上方にカールする温度まで冷却されることを阻止することを助ける。

【0156】

図１１は、本発明の様々な実施形態に係る粒子状物質の焼結部分の温度の制御方法のフローチャートを図示する。図１１に図示の方法が、焼結を介して粒子状物質を選択的に結合するように構成された任意の機器により実施され得る。例えば、選択的なレーザー焼結装置、選択的な阻止装置、選択的マスキング装置、放射線吸収物質を利用する焼結装置、及び図１〜８に図示の様々な機器１１により方法が実施される。図１１に図示した方法が、図９及び１０に図示した方法と実施され、又は図９及び１０に図示した方法とは独立して実施され得る。

【0157】

ブロック６６では、方法が、粒子状物質の焼結部分の温度を決定することを含む。例えば、１以上のセンサー３１（例えば、赤外線カメラ、単一のパイロメーター、パイロメーターのアレイ）が、粒子状物質の焼結部分の温度を測定して決定する。

【0158】

ブロック６８では、方法が、決定した温度を用いて焼結部分に与えられるエネルギーを制御することを含む。例えば、もし決定した温度が閾値温度未満であるならば、コントローラー１３が放射線源を制御し、焼結部分に与えられるエネルギーを増加させる。別の例としては、もし決定した温度が閾値温度を超えるならば、コントローラー１３が放射線源を制御し、焼結部分に与えられるエネルギーを減少させる。方法が、次にブロック６６に帰還して繰り返される。

【0159】

熱画像カメラが、焼結が生じる特定の場所（すなわち、レーザー焼結でレーザーがスキャンされる場所、又は放射線吸収物質が印刷されてランプパワーが付与される場所）で生成された温度を記録する。所定のレイヤーの２Ｄプロファイルの情報を用いると、粉体土台の焼結領域の温度のみを記録することができる。これらの領域で記録されたピーク温度が非常に低いならば、不十分な加熱に起因する部分的な脆弱が存在するとの警報（例えば、聞き取れるアラーム）が為され得る。また、機器は、例えば、部分土台設定温度又は付与される焼結エネルギーを高めることにより、より多くのエネルギーを加えることができる。同様に、これらの領域で記録されたピーク温度が高すぎるならば、過剰な熱エネルギーの下で一部が劣化して弱いとの警報が為され得る。また、機器は、例えば、部分土台セット温度を低下させる又は付与された焼結エネルギーを低下させることにより、エネルギーを減じることができる。

【0160】

焼結領域の熱監視により、部分特性の決定（調査により、要求又は所望の部分特性を達成するために焼結領域内で要求される最低温度が決定される）が可能になる。同一の領域で赤外線カメラ出力と現在のレイヤーの２Ｄプロファイル（例えば、ビットマップ画像）を比較することにより実行され得る。従って、このプロセスより、その部分が最低温度に達し、またその部分が所望の機械特性に達することが確実になる。印刷画像のある領域が低温すぎるならば、頭上ヒーターがその領域の温度を高め、若しくは焼結エネルギー源（群）（例えば、ランプ又はレーザー）がより多くのエネルギーを放射し、又は放射線吸収物質を含むより多くのインクがこの領域に印刷される。

【0161】

図１１に図示の方法が、部分土台に与えられるエネルギーの低減を可能にする利益を提供し得る。部分土台に与えられるエネルギーの低減により様々な利益をもたらすことができる。例えば、非焼結粉体が過度に強く「固め」られず、また従って構築(build)の完了後に焼結物質（つまり、部分又は部分群）から簡単に分離できることを確実にすることを助けることができる。もし焼結領域の温度が高すぎるならば（ここでも調査により検証される）、エネルギー入力（焼結エネルギー源、頭上ヒーター、加熱ランプ、放射線吸収物質の量）が減じられ、粉体土台硬さ及び／又は用力（power usage）が減じられる。測定温度に応じて焼結エネルギー（例えば、レーザー焼結でレーザーにより提供されるエネルギー、又は放射線吸収物質の量の増加）を増加又は減少し、単一のレイヤー内である箇所に与えられるエネルギーを高め、他方、他の領域に与えられるエネルギーを減じることができる。

【0162】

もし単一のパイロメーター又はパイロメーターのアレイが赤外線カメラに代替して用いられるならば、機器１１の製造コストが有益にも減じられる。パイロメーターが部分土台内で異なる物質のために較正され得る。

【0163】

図１２は、本発明の様々な実施形態に係る放射線源の出力エネルギーの制御方法のフローチャートを図示する。図１２に図示の方法が焼結により粒子状物質を選択的に結合するように構成された任意の機器により実施され得る。例えば、方法が、選択的なレーザー焼結機器、選択的な阻止機器、選択的なマスキング機器、放射線吸収物質を利用した焼結機器、また図１〜８に図示した様々な機器１１により実施され得る。図１２に図示した方法が、図９及び１０及び／又は１１に図示の方法と共に実行され、若しくは図９、１０、及び１１に図示した方法とは独立に実行され得る。

【0164】

ブロック７０では、方法が、放射線源の出力エネルギーを決定することを含む。例えば、１以上のセンサー３１が、構築チャンバー内に配置されて構築過程で赤外線エミッター１２の出力を測定する赤外線測定センサーを含み得る。センサー３１が、赤外線エミッター１２の出力の降下又は他の変化を測定するように構成される。ブロック７２では、方法が、決定した出力エネルギーに応じて放射線源１２の出力エネルギーを制御することを含む。結果として、放射線源の出力が、現在の構築内で要求されるレベルに調整される。放射線源１２の長さに沿う任意の位置で供給パワーの降下がある場合には複数のセンサー３１が採用され得る。次に、方法がブロック７０に帰還し、繰り返される。

【0165】

図１３は、本発明の様々な実施形態に係る放射線吸収物質の量の測定方法のフローチャートを図示する。図１３に図示の方法が、放射線吸収物質を用いて粒子状物質を焼結する任意の機器において使用され得る。図１３に図示の方法が図９及び１０及び／又は１１及び／又は１２に図示の方法と共に実行され、若しくは図９、１０、１１、及び１２に図示の方法とは独立に実行され得る。

【0166】

ブロック７４では、方法が、所定領域上の放射線吸収物質の量を測定することを含む。例えば、コントローラー１３が、（センサー３１の一つで検出される）蓄えられた放射線吸収物質の体積の変化を測定することで放射線吸収物質の量を測定する。

【0167】

ブロック７６では、方法が、放射線吸収物質の測定量が所定範囲内に低下するか否かを決定することを含む。例えば、機器１１が、既知のピクセル数及び従って既知のインク量（例えば、１ピクセル＝８０ピコリットルのところ、１．２５．１０⁹ピクセル＝０．１リットルのインク）の画像のために放射線吸収物質を供給する（静止中）。次に、コントローラー１３は、使用された放射線吸収物質の量が、計算された量の所定範囲内であるか否かを決定する。使用された放射線吸収物質の量が所定範囲外であれば、コントローラー１３がアラームを制御してユーザーに警告する。加えて、使用された放射線吸収物質の量が所定範囲外であれば、コントローラー１３が、その後に提供される放射線吸収物質の量が所定範囲になるようにその後に付与される放射線吸収物質の量を変化させる。

【0168】

図１３に図示の方法は、もし機器１１が放射線吸収物質の供給に不安定になるならばユーザーが報知されるため、相対的に一定の量の放射線吸収物質が付与されることを可能にする利益を提供する。

【0169】

図１４は、本発明の様々な実施形態に係る粒子状物質を受け入れるサポート７８の概略的な上面図を図示する。部分土台とも呼ばれるサポート７８が、（例えば、頭上のホッパーから堆積され、又は粒子状物質のサイド容器を介してサポート７８にローラーで延ばされた）焼結されるべき粒子状物質を受け入れる容器を画定する。サポート７８が、サポート７８内でサポート７８に対して可動である複数の壁８０を備える。壁８０の幾つか又は全てが、サポート７８上で粒子状物質を加熱するために１以上のヒーター８２を含む。サポート７８上の粒子状物質の温度を測定する複数のセンサーに応答してコントローラー１３によりヒーター８２が制御される。

【0170】

図１４においては複数の壁８０が垂直に配列されているが、他の実施形態においては複数の壁８０が異なる配向を持ち得るものと理解される。

【0171】

サポート７８は、広い部分土台を熱制御可能な一連の小さな部分土台へ複数の壁８０により区分される利益を提供する。内側の部分土台壁８０が異なる場所に移動され、異なる大きさの部分土台を形成することができる。動かされると、内側の部分土台壁８０が粉体ソケット（不図示）内でロックし、壁内のヒーター８２が使用されることを可能にする。サポート７８は、異なる粒子状物質がサポート７８の異なる区分で一度に処理されることが可能になるという利益も提供する。更には、サポート７８の使用により、相対的に大きいサポートの熱制御の課題を負うこと無く、機器１１のスループットが高められる。

【0172】

図１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ及び１５Ｄが、本発明の様々な実施形態に係る放射線吸収物質を提供するためのデバイス８４の概略的な側面図を図示する。デバイス８４が、放射線吸収物質を用いて粒子状物質を焼結する任意の焼結機器で用いられる。

【0173】

図１５Ａを参照すると、デバイス８４₁が、第１ローラー８６、第１印刷ヘッド８８、第１放射線源９０及びハウジング９２を含み、ハウジング９２内にて第１ローラー８６、第１印刷ヘッド８８、及び第１放射線源９０が少なくとも部分的に収容及び／又は接続される。第１印刷ヘッド８８が第１ローラー８６と第１放射線源９０の間に配置される。コントローラー１３が、１以上のモーターを介して部分土台上の堆積した粒子状物質に対するデバイス８４₁の位置及び動きを制御するように構成される。

【0174】

第１ローラー８６が、粒子状物質が実質的に平坦面を形成するように、部分土台上に粒子状物質を分配するように構成される。第１印刷ヘッド８８は、第１放射線吸収物質を供給するように構成され、また放射線吸収物質の温度を制御するための関連の熱制御装置を含み得る。第１放射線源９０が、任意の適切な放射線源であり、図９及び１０に関連して上述したヒーターとして、また粒子状物質を焼結するために放射線を供給する放射線源としても機能するように構成される。様々な実施形態においては、第１放射線源９０が、楕円構成を規定し、また第１放射線源９０からの放射線を所望のパターンで反射するように構成された反射装置９３を含み得る。

【0175】

図１５Ｂを参照すると、デバイス８４₂が図１５Ａに図示のデバイス８４₁に類似し、また特徴も同様であり、同一の参照番号が用いられる。第１印刷ヘッド８８の反対側で第１ローラー８６の隣に配置された第２放射線源９４を更に備える点においてデバイス８４₂がデバイス８４₁とは異なる。

【0176】

幾つかの実施形態においては、第１放射線源９０が、焼結のために放射線を供給するように構成され、また第２放射線源９４がヒーターとして機能して粒子状物質を予熱するように構成される。他の実施形態においては、第２放射線源９４が、また予熱に加えて焼結のために放射線を供給するようにも構成され得る。また更なる実施形態においては、第１及び第２放射線源９０、９４が、双方とも、ヒーターとして機能し、粒子状物質を予熱するように構成される。これにより機器１１が部分土台上の粒子状物質の温度のより大きな制御能力を持つことが可能になる。

【0177】

図１５Ｃを参照すると、デバイス８４₃が図１５Ｂに図示のデバイス８４₂に類似し、また特徴も同様であり、同一の参照番号が用いられる。第２放射線源９４と第１ローラー８６の間に配置された第２印刷ヘッド９６を更に備える点においてデバイス８４₃がデバイス８４₂とは異なる。第２印刷ヘッド９６は、第１放射線吸収物質とは異なる第２放射線吸収物質を供給するように構成され、また第１放射線吸収物質も供給するようにも構成され得る。

【0178】

図１５Ｄを参照すると、デバイス８４₄が図１５Ｂに図示のデバイス８４₂に類似し、また特徴も同様であり、同一の参照番号が用いられる。第１放射線源９０と第１印刷ヘッド８８の間に配置された第２ローラー９８を更に備える点においてデバイス８４₄がデバイス８４₂とは異なる。

【0179】

デバイス８４₃及び８４₄は、デバイスがそれらの外方及び内方ストロークで動く時に放射線吸収物質が粒子状物質のレイヤー上に提供される（つまり、それが左及び右の両方に移動するときに放射線吸収物質を提供する）との利益を提供する。特に、一つの印刷ヘッドを用いつつ、右から左へ、左から右へ、即時の印刷により追随され、即時の焼結により追随される粒子状物質の堆積を許容する点においてはデバイス８４₄が有利である。印刷ヘッドが相対的に高価であるため、デバイス８４₄が単一の印刷ヘッドを備えるために相対的に安い。

【0180】

デバイス８４は、処理ステップの順序もまた変えられるように、ユーザーが部品（例えば、第１ローラー８６、第１印刷ヘッド８８、第１放射線源９０、第２放射線源９４、第２印刷ヘッド９６及び第２ローラー９８）を交換できるようにハウジング９２が構成される利益も提供する。これは、別の粒子状物質の使用といった別の要求に応じて処理を適合させる柔軟性をユーザーに許可する。部品の交換が、ハウジング９２内で多様な配列で部品を固定する取り付け具又は他の固定手段の提供により達成され得る。

【0181】

図１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃが、本発明の様々な実施形態に係る放射線吸収物質の提供用のデバイス８４の概略的な平面図を図示する。

【0182】

図１６Ａを参照すると、デバイス８４₅がデバイス８４₁に類似し、また特徴も同様であり、同一の参照番号が用いられる。第１印刷ヘッド８８が、第１ローラー８６に平行に延びる複数の印刷ヘッドを備える点においてデバイス８４₅がデバイス８４₁とは異なる。複数の印刷ヘッドが２つの縦列で配列され、各列で印刷ヘッドの少なくとも幾つかの間には空間が設けられる。第１放射線源９０が、第１ローラー８６に平行に配向された単一の長尺なランプを備える。

【0183】

図１６Ｂを参照すると、デバイス８４₆がデバイス８４₅に類似し、また特徴も同様であり、同一の参照番号が用いられる。第１放射線源９０が、２つの縦列に配列され、それらの長さの一部のみに沿ってお互いに重畳するようにお互いにオフセットされた２つの長尺なランプを備える点においてデバイス８４₆がデバイス８４₅とは異なる。放射パワーが減じられる各ランプの端部の領域で重複するようにランプが配列され、２つのランプの組み合わせにより、その端部近傍でパワーの降下がある単一のランプよりも均一なパワーの放射が提供される。

【0184】

図１６Ｃを参照すると、デバイス８４₇がデバイス８４₅及び８４₆に類似し、また特徴も同様であり、同一の参照番号が用いられる。第１放射線源９０が２つの縦列に配列された複数の長尺なランプを備え、各列で長尺なランプの少なくとも幾つかの間に空間が設けられる点においてデバイス８４₇がデバイス８４₅及び８４₆とは異なる。

【0185】

図１７Ａ及び１７Ｂが、本発明の様々な実施形態に係る放射線源１２、９０、９４の概略的な平面図を図示する。放射線源が、任意の焼結装置において用いられ、また図１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、１６Ａ、１６Ｂ及び１６Ｃに図示したデバイス８４のいずれかでも使用され得る。

【0186】

図１７Ａを参照すると、放射線源が、複数の長尺な電磁放射線エミッター１００を備え、これらは、お互いに平行であり、また実質的にそれらの全長に沿ってお互いに重複するように配向するように配列される。重畳な電磁放射線エミッター１００の幾つか又は全てが、コントローラー１３により個別に制御され、粒子状物質を予熱し、及び／又は粒子状物質を焼結するために放射線を供給するべく用いられる。

【0187】

図１７Ｂを参照すると、放射線源が、複数の長尺な電磁放射線エミッター１０２を備え、これらが７列及び３行の行列で配列される（他の実施形態においては、放射線源が任意の数の列や行を持つと理解される）。電磁放射線エミッター１０２の幾つか又は全てが、コントローラー１３により個別に制御され、粒子状物質を予熱し、及び／又は粒子状物質を焼結するために放射線を供給するべく用いられる。

【0188】

センサー（熱画像カメラ、又はパイロメーター又は熱電対といった複数の熱測定装置）からの熱測定値により制御されるならば、部分土台の異なる領域に与えられる焼結エネルギーの個別制御が許容される点で図１７Ａ及び１７Ｂに図示の放射線源が有利である。

【0189】

様々な実施形態においては、非レーザー基準の電磁放射（ＥＭＲ）エミッター装置が、放射線源に使用され得る。各ＥＭＲ装置が、同様又は顕著に異なるピークスペクトル放射を呈する（すなわち、同様又は顕著に異なるピーク波長を有する）。スペクトル放射に基づいて、各ＥＭＲエミッター装置が、部分土台内で異なる粒子状物質を（直接、又は間接的に）焼結する、若しくはフィード（群）及び部分土台（群）で任意の堆積材料（群）／粒子状物質を加熱するいずれかに選択され得る。複数のＥＭＲエミッター装置が同一の装置内で使用可能である。従って、１以上の装置の選択により、粒子状物質／放射線吸収物質／堆積物質の１種以上の焼結及び／又は加熱が可能になる。

【0190】

様々な実施形態においては、放射線源が、ＥＭＲエネルギーを所望のスペクトル放射／エネルギー濃度（強度）まで減じて合焦するために１以上のフィルターを含み得る。ＥＭＲエミッターの長さ範囲が粉体土台内で特定の領域又は物質を焼結又は加熱するために個別に制御されるアレイ（単一又は複数のライン）を形成するために用いられ得る。

【0191】

焼結機器内の印刷装置の利用により、選択され、また正確な放射線吸収物質の部分土台上への堆積が可能になる。プロセス内でのそのような印刷装置の存在により、他の放射線吸収物質の堆積も可能になり、若しくは代替して、他の物質が印刷領域内に堆積される。従って、そのような印刷装置の利用により、選択された、正確な２次物質の堆積が可能になる。

【0192】

例えば、（図１５Ｃのような）２次印刷ヘッドが、２次放射線吸収物質を堆積し、部分土台内の異なる領域を焼結するように構成される。

【0193】

別例としては、２次印刷ヘッドが、部分レイヤーとの焼結を相当に向上させないが、印刷領域内のローカル特性を変更する２次物質を堆積するように構成される。そのような物質は、難燃性、ＵＶ保護、部分の視認できる色の変化若しくはフィラーの追加を介した機械特性の向上といった追加の特性を焼結部分に付与することができる。難燃性に関しては、難燃剤の追加が、塩素、臭素、及びリンの化合物、アルミナ三水和物、水和マグネシウム、硫酸塩、及びホウ素を含む。ＵＶ保護に関しては、カーボンブラック、酸化金属を含む。フィラーに関しては、木粉、シリカ粉、粘土、粉状雲母、短セルロース繊維、ガラス、カーボンブラック、グラファイト、タルク、金属酸化物及びアスベストを含む。着色剤に関しては、有機（染料）又は無機着色剤（顔料）を含む。所望の追加物質を含有する一部のみを物質が成す点でこのアプローチが有利であり、そのような添加物（群）をマシーンで物質の全てに加える場合と比較して費用が節約される。構築毎、又は部分毎、又は一部のサブセクションで局所的に、標準の粒子状フィード物質が柔軟に修正されることも意味する。

【0194】

印刷ヘッドが用いられる実施形態においては、そのような追加物質が、印刷ヘッドオリフィスからの吐出を可能にするためにナノスケールである必要がある。このような実施形態においては、追加の流体（溶媒、樹脂、顔料、染料、石油蒸留物（炭化水素）、アルコール、油、可塑剤、ワックス、光開始剤）物質が添加物に組み合わされて噴出可能流体が製造される。そのような流体／物質の保持が、印刷されると３Ｄ部分内で残存する、又は蒸発して選択位置に所望の添加物のみを残存させるいずれかに設計することができる。蒸発は、局所熱に起因して自然発生する、又は加熱装置への露呈を介して強制されるいずれかであり得る。

【0195】

様々な実施形態においては、代替の堆積装置を用いて追加物質が加えられ、例えば、ホッパーがコントローラー１３により制御され、部分土台に亘り移動し、部分の規定の領域に物質を堆積する。ホッパー装置の使用により、より大きい（ナノスケールよりも大きい）サイズの物質の堆積が可能になり、また如何なる追加の流体キャリヤーの必要も否定する。

【0196】

本出願の発明者は、放射線吸収物質の視認できる色が製造された３次元部分の結果の機械特性に重要ではないことを見いだした。結果として、カーボンブラック以外の放射線吸収物質が焼結プロセスで用いられ、従って、機器１１上に白色部分を製造することができる。赤外線吸収顔料と着色（例えば、赤、緑及青）顔料又は染料の組み合わせにより着色部分（赤、緑、青）が機器１１上で製造される。顔料が、異なる放射線吸収物質に含有され、同一の放射線吸収物質内で組み合わされ、若しくは全く放射線吸収物質に含有されない。

【0197】

着色された三次元部分は、一連の着色された粒子状物質の使用によっても製造され得る（粒子状物質の視認できる色が、必ずしも粒子状物質による赤外エネルギーの吸収を顕著に高めるものではないため）。

【0198】

図９〜１３に図示したブロックが、方法のステップ及び／又はコンピュータープログラム１３₃のコードのセクションを表現し得る。ブロックの特定の順番の図示は、必ずしも、ブロックにとって要求若しくは好ましい順番があることを意味せず、ブロックの配列の順番が変更され得る。更には、幾つかのブロックを除去することも可能であろう。

【0199】

様々な例を参照しながら先行段落において本発明の実施形態を説明したが、当然、請求された発明の範囲から逸脱することなく例示の修正を為すことができる。例えば、赤外線の使用が記述されたが、粒子状物質が焼結により結合する温度までそれを昇温できるとすれば、赤外以外の放射線も使用され得る。放射線源が、例えば、ＬＥＤ、スキャニングレーザー又はハロゲン線源の任意の適切なタイプである。上述した実施形態で結合される粒子状物質が、金属、セラミックなどの任意の適切な物質である。モーターＭ以外の装置が、供給タンク４０から結合装置４２へ粒子状物質を運ぶために使用され得る。結合装置４２が開示のものとは異なる構成であり得る。任意の数の粒子状物質の別の種類がレイヤー１０に提供され得る。代替して、粒子状物質の別の種類が隣接のレイヤーに提供され得る。反射性物質１８が、図示のように、上面ではなく基板１６の下面上に堆積され得る。異なる物質が反射性物質１８や基板１６に用いられ得る。任意の適切な物質が放射線吸収物質５０に用いられ得る。例えば、懸濁液及び／又はガス、例えば、二酸化炭素が、粉体物質の代わりに採用され得る。図４との関係で記述したデジタルミラー装置が、各レイヤーに一つ、一連の回折光学素子により置換することもできる。

【0200】

「焼結」との用語が用いられる場合、粒子状物質の完全な溶融も含まれることに留意されたい。

【0201】

先行段落に記述の特徴が、明確に説明された組み合わせ以外の組み合わせで用いられ得る。

【0202】

特定の特徴を参照して機能を説明したが、これらの機能は、記載の有無を問わず他の特徴で実行され得る。

【0203】

特定の実施形態を参照して特徴を説明したが、これらの特徴は、記載の有無を問わず他の実施形態においても存在し得る。

【0204】

ここまで明細書にて特に重要と考えられる発明の特徴に注意を向けるように試みたが、任意の特許可能な特徴又は特徴の組み合わせに関する出願人が請求する保護が、以上に言及される及び／又は図面に図示されるものと理解され、そこへの特定の強調が置かれたか否かを問わない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6a】

【図6b】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15A】

【図15B】

【図15C】

【図15D】

【図16A】

【図16B】

【図16C】

【図17A】

【図17B】