特許 6338700 材料押出し付加製造における結合を増大させるための方法および装置

(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】6338700

(24)【登録日】2018年5月18日

(45)【発行日】2018年6月6日

(54)【発明の名称】材料押出し付加製造における結合を増大させるための方法および装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/295 20170101AFI20180528BHJP

   B29C 64/264 20170101ALI20180528BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20180528BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20180528BHJP

   B29C 64/118 20170101ALI20180528BHJP

   B29C 64/205 20170101ALI20180528BHJP

【ＦＩ】

   B29C64/295

   B29C64/264

   B33Y10/00

   B33Y30/00

   B29C64/118

   B29C64/205

【請求項の数】19

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2016-573047(P2016-573047)

(86)(22)【出願日】2015年6月16日

(65)【公表番号】特表2017-523063(P2017-523063A)

(43)【公表日】2017年8月17日

(86)【国際出願番号】IB2015054557

(87)【国際公開番号】WO2015193819

(87)【国際公開日】20151223

【審査請求日】2017年2月13日

(31)【優先権主張番号】62/012,639

(32)【優先日】2014年6月16日

(33)【優先権主張国】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】508171804

【氏名又は名称】サビック グローバル テクノロジーズ ベスローテン フェンノートシャップ

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ビハリ マルヴィカ

(72)【発明者】

【氏名】ギャガー サティシュ クマル

(72)【発明者】

【氏名】ポワレ ラクシュミカント スリャカント

(72)【発明者】

【氏名】ブルックス ダニエル カレブ

(72)【発明者】

【氏名】ズーバー ピーター ジェームズ

【審査官】 越本 秀幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−０４２７１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１５３５３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１６−５１８２６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−３４５３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１９２７１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ ６４／００−６４／４０

Ｂ３３Ｙ １０／００

Ｂ３３Ｙ ３０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

３次元物体（２４）を形成する方法であって、
加熱した熱可塑性材料を、熱溶解積層装置を使用し、押出しヘッド（１８）を通してプラットフォーム（１４）上にプリセットパターンで堆積して、堆積層（５０）を形成するステップと、
前記堆積層（５０）の少なくとも一部（５１）の表面エネルギーを増大させるステップと、
増大した表面エネルギーを含む少なくとも前記一部（５１）で、前記堆積層（５０）上に後続の層（５２）を堆積するステップと、
先行するステップを繰り返して、前記３次元物体（２４）を形成するステップと
を含むことを特徴とする方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法であって、前記表面エネルギーを増大させるステップが、エネルギー源（２０）を、前記堆積層（５０）上のエネルギー源目標領域（５６、６６）に指し向けて、前記エネルギー源目標領域（５６、６６）での前記堆積層（５０）の表面エネルギーを増大させるステップを含み、前記エネルギー源（２０）を前記エネルギー源目標領域（５６、６６）に指し向けるステップが、堆積層（５０）の或る領域に、その領域（５６、６６）への後続の層（５２）の堆積に先行してエネルギーを加えるステップを含むことを特徴とする方法。

【請求項3】

請求項１または２に記載の方法であって、前記表面エネルギーを増大させることになる領域（５６、６６）で、前記表面エネルギーを増大させる前に、前記堆積層（５０）の温度を感知するステップと、前記感知された温度に基づいて前記表面エネルギーを増大させるステップとをさらに含むことを特徴とする方法。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載の方法であって、前記表面エネルギーを増大させるステップが、
前記堆積層（５０）の上面（５１）の或る領域（５６、６６）に、前記上面（５１）のその領域（５６、６６）への後続の層（５２）の堆積に先行して、エネルギーを加えるステップ、および
隣接する堆積層（５０）の側面（６１）の或る領域（５６、６６）に、前記側面（６１）のその領域（５６、６６）への後続の層（５２）の堆積に先行して、エネルギーを加えるステップ
の少なくとも１つを含むことを特徴とする方法。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載の方法であって、前記押出しヘッド（１８）に隣接する後続の層（５２）に圧力を加えるステップをさらに含むことを特徴とする方法。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか１項に記載の方法であって、前記層（５０）が、押し出されたストランドを含むことを特徴とする方法。

【請求項7】

請求項２に記載の方法であって、前記エネルギー源が、光源、加熱平板、赤外線加熱、加熱された不活性ガス、および前述の少なくとも１つを含む組合せを含むことを特徴とする方法。

【請求項8】

請求項２に記載の方法であって、エネルギー源（２０）を指し向けるステップが、
前記エネルギー源目標領域（５６、６６）の温度を、前記熱可塑性材料のガラス転移温度よりも高く上昇させるステップ、
前記エネルギー源目標領域（５６、６６）の温度を、前記熱可塑性材料のガラス転移温度をＹとしたとき、Ｙ≧Ｘ≧Ｙ−２０である温度（Ｘ）に上昇させるステップ、又は
前記エネルギー源目標領域（５６、６６）の温度を、前記熱可塑性材料のガラス転移温度と前記熱可塑性材料の融点との間の温度に上昇させるステップ
を含むことを特徴とする方法。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか一項に記載の方法であって、
前記プラットフォーム（１４）と押出しヘッド（１８）との間の垂直距離を増大させるステップを更に含み、
前記垂直距離を増大させるステップが、
前記プラットフォーム（１４）を低下させること、および
前記押出しヘッド（１８）を上昇させること
の少なくとも１つを含むことを特徴とする方法。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか１項に記載の方法であって、層（５０）と後続の層（５２）との間の表面接触領域（６０，６０ａ）が、エネルギー源（２０）をエネルギー源目標領域（５６、６６）に指し向けるステップを含まない層（５０）および後続の層（５２）に関する表面接触領域（６０，６０ａ）よりも大きいことを特徴とする方法。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法であって、前記表面エネルギーを増大させるステップと、前記後続の層（５２）を堆積するステップとの間の時間の長さが、１分未満であることを特徴とする方法。

【請求項12】

３次元物体（２４）を形成する方法であって、
熱可塑性材料の層を、押出しヘッド（１８）を通してプラットフォーム（１４）上に堆積して、堆積層（５０）を形成するステップと、
前記堆積層（５０）上に、後続の層（５２）を堆積するステップと、
前記押出しヘッド（１８）に隣接する、前記堆積層（５０）の上に堆積された前記後続の層（５２）に圧力を加えるステップと、
先行するステップを繰り返して、前記３次元物体（２４）を形成するステップと
を含み、
前記後続の層（５２）に圧力を加えるステップが、
前記堆積層（５０）の稠密化、
気泡の除去、
前記堆積層（５０）と後続の層（５２）との間の隙間の除去、および
前記熱可塑性材料を、前記堆積層（５０）と後続の層（５２）との間に位置する谷（８０）に流入させること、
の少なくとも１つを行うために、十分な圧力を加えるステップであることを特徴とする方法。

【請求項13】

請求項５から１１のいずれか１項に記載の方法であって、
前記堆積層（５０）の稠密化、
気泡の除去、
前記堆積層（５０）と後続の層（５２）との間の隙間の除去、および
前記熱可塑性材料を、前記堆積層（５０）と後続の層（５２）との間に位置する谷（８０）に流入させること
の少なくとも１つを行うために、十分な圧力を加えるステップを含むことを特徴とする方法。

【請求項14】

３次元物体（２４）を形成するための装置であって、
前記３次元物体（２４）を支持するように構成されたプラットフォーム（１４）と、
前記プラットフォーム（１４）と相対的に配置され、加熱した熱可塑性材料を、プリセットパターンに堆積して、前記３次元物体（２４）の堆積層を形成するように構成された、押出しヘッド（１８）と、
前記押出しヘッド（１８）と相対的に配置され、エネルギー源目標領域（５６、６６）への後続の層（５２）の堆積に先行して、前記堆積層（５０）上のその領域（５６、６６）の表面エネルギーを増大させるように構成されたエネルギー源（２０）と、
前記プラットフォーム（１４）と相対的に、前記押出しヘッドおよび前記エネルギー源（２０）の位置を制御するように構成された制御器（２８）と
を含むこと、並びに、
前記表面エネルギーが増大することになる領域（５６、６６）で、前記表面エネルギーを増大させる前に前記堆積層（５０）の温度を感知し、前記感知された温度に基づいて前記表面エネルギーを増大させることが可能な温度センサ（７２）、および、押出しヘッド（１８）に隣接する後続の層（５２）に圧力を加えることが可能な圧力源（７４）、からなる群より選択される少なくとも１つをさらに含むこと、を特徴とする装置。

【請求項15】

請求項１４に記載の装置であって、前記プラットフォーム（１４）と前記押出しヘッド（１８）との間の垂直距離が、調節可能であることを特徴とする装置。

【請求項16】

請求項１４または１５に記載の装置であって、前記表面エネルギーが増大することになる領域（５６、６６）で、前記表面エネルギーを増大させる前に前記堆積層（５０）の温度を感知し、前記感知された温度に基づいて前記表面エネルギーを増大させることが可能な温度センサ（７２）をさらに含むことを特徴とする装置。

【請求項17】

請求項１４から１６のいずれか１項の装置であって、押出しヘッド（１８）に隣接する後続の層（５２）に圧力を加えることが可能な圧力源（７４）をさらに含むことを特徴とする装置。

【請求項18】

請求項１４から１７のいずれか１項に記載の装置であって、前記エネルギー源（２０）が、光源、加熱平板、赤外線加熱、加熱された不活性ガス、および前述の少なくとも１つを含む組合せを含むことを特徴とする装置。

【請求項19】

請求項１２に記載の方法であって、
前記後続の層（５２）に圧力を加えるステップが、前記後続の層（５２）上に圧縮ガスを与えることを含むことを特徴とする方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

付加製造（ＡＭ）は、全ての種類のものが作製される方法を変容させる、新しい生産技術である。ＡＭは、デジタルモデルから、事実上あらゆる形状の３次元（３Ｄ）固体物体を作製する。一般にこの作製は、コンピューター支援設計（ＣＡＤ）モデリングソフトウェアで所望の固体物体のデジタルモデルを生成し、次いでその仮想青写真を非常に小さいデジタル断面にスライスすることによって実現される。これらの断面は、ＡＭ機での逐次積層プロセスで形成されまたは堆積されて、３Ｄ物体を生成する。ＡＭには、設計からプロトタイピング、さらには商品までの時間を劇的に短縮させることを含む多くの利点がある。設計変更の実施が可能である。多数の部品を単一のアセンブリに構築することができる。工具は必要としない。これらの３Ｄ固体物体を作製するのに、最小限のエネルギーしか必要としない。廃棄物および原材料の量も減少する。ＡＭは、極めて複雑な幾何形状の部品の生産も容易にする。ＡＭは、要求があり次第、現場で部品を素早く作製することができるので、商用の部品在庫も低減させる。

【背景技術】

【0002】

材料押出し（ＡＭのタイプ）は、低資本の、プラスチック部品を生産するための形成プロセス、および／または難しい幾何形状のための形成プロセスとして使用することができる。材料押出しでは、ノズル（１８）またはオリフィスを通して流動性材料を選択的に吐出することによって、１層ごとに、３Ｄモデルのデジタル表示から３次元（３Ｄ）モデルを構築するのに使用される、押出しベースの付加製造システムを用いる。例えば米国特許出願公開第２０１４／０１５９２８４号には、ＡＭシステムに用いる液化アセンブリが開示されている。材料が押し出された後、次いで材料は、ｘ−ｙ平面内で、基板上に一連の経路として堆積される。例えば米国特許第６，０３０，１９９号には、調整可能な平面ノズル（１８）を有する平面堆積システムが開示されている。押し出されたモデリング材料は、先に堆積されたモデリング材料に溶融し、温度の降下により凝固する。例えば米国特許出願公開第２００５／２８８８１３号には、液体と粉末の混合物の固化のためのエネルギーの使用について開示されている。次いで基板に対する押出しヘッドの位置を、ｚ軸に沿って（ｘ−ｙ平面に垂直に）漸増させ、次いでデジタル表示に似た３Ｄモデルが形成されるようにプロセスを繰り返す。

【0003】

材料押出し部品は、幾何形状を再検討するプロトタイプモデルとして使用することができる。部品強度および外観は、全体的な設計概念の伝達に比べて２次的なものであるが、それは改善された審美的性質が、コーティングやサンダー仕上げなどの後工程の仕上げステップによって実現されてきたからである。しかし、構築方向における部品の強度は、構築物の連続層の間の結合強度および有効結合表面積によって制限される。これらの要因は、２つの理由によって制限される。第１に、各層は、個別の融解物の流れである。したがって、新しい層のポリマー鎖は、先行する層のポリマー鎖と入り混じることができなかった。第２に、先行層は冷めているので、新しい層からの熱伝導を利用しなければならず、結合を行うために材料の任意の固有の凝集性を引き起こさねばならない。層間の低減された接着は、高度に層状化された表面仕上げももたらす。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

したがって、改善された審美的品質および構造的性質を備えた部品を生産することが可能なＡＭプロセスが、求められている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上述およびその他の特徴は、下記の図および詳細な説明によって具体化される。

【0006】

３次元物体を形成する方法であって：熱可塑性ポリマー材料の層を、プリセットパターンでプラットフォーム上に堆積して、堆積層を形成するステップと；エネルギー源を、エネルギービームを介し、堆積層上のエネルギー源目標領域に指し向けて、エネルギー源目標領域での堆積層の表面エネルギーを増大させるステップと；エネルギー源目標領域を、プリセットパターンの経路に沿って堆積される後続の層と接触させるステップと；先行するステップを繰り返して、３次元物体を形成するステップとを含み、エネルギー源をエネルギー源目標領域に指し向けるステップが、堆積層の或る領域に、その領域への後続の層の堆積に先行してエネルギーを加えることを含む方法。

【0007】

３次元物体を形成するための装置であって：３次元物体を支持するように構成されたプラットフォームと；プラットフォームと相対的に配置され、熱可塑性材料を、プリセットパターンに堆積して、３次元物体の層を形成するように構成された、押出しヘッドと；押出しヘッドと相対的に配置され、エネルギー源目標領域の表面エネルギーを増大させるように構成されたエネルギー源であって；エネルギー源目標領域が、後続の層を堆積するための領域の前方の堆積層の一部を含む、エネルギー源と；プラットフォームと相対的に、押出しヘッドおよびエネルギー源の位置を制御するように構成された制御器とを含む装置。

【0008】

３次元物体を形成する方法であって：熱可塑性ポリマー材料の層を、熱溶解積層装置を使用して、プラットフォーム上にプリセットパターンで堆積するステップと；層の少なくとも一部の表面エネルギーを増大させるステップと；層上に後続の層を堆積するステップと；先行するステップを繰り返して、３次元物体を形成するステップとを含む方法。

【0009】

次に図を参照するが、これらの図は例示的な実施形態であり、同様の要素には同様の数字記号が付されており、これらの図は本明細書に開示される例示的な実施形態を示す目的で提示されるもので、本発明を限定する目的のものではない。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】例示的な押出しベースの付加製造システムの正面図である。

【図2】エネルギー源なしの、熱可塑性材料の層を堆積する押出しヘッドの正面図である。

【図3】エネルギー源を備えた、熱可塑性材料の層を堆積する押出しヘッドの正面図である。

【図4】３次元物体を形成するように堆積された、熱可塑性材料の層の側面図である。

【図5】３次元物体を形成するように堆積された、熱可塑性材料の層の上面図である。

【図6】３次元物体を形成するための例示的なプロセスの流れ図である。

【図7】３次元物体を形成するための例示的なプロセスの流れ図である。

【図8】エネルギー源、圧力源、および温度センサを備えた、熱可塑性材料の層を堆積する押出しヘッドの正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本明細書には、隣接する層間の結合を増大させた部品を生産することが可能な、付加製造モデリング法および装置が開示されている。理論に拘泥するものではないが、本明細書で得られる好ましい結果、例えば高強度の３次元ポリマー構成要素は、堆積された層の一部の上および／またはそれに隣接して後続の層が堆積される前に、その一部の表面エネルギーを増大させることによって実現できると考えられる。堆積された層の、より高い表面エネルギーと、改善された接着とに起因して、層間の表面接触面積も増大させることができ、それによって、隣接する層間の構築方向および／または横方向の強度が改善される。さらに、層間の結合の増大は、層間のいくらかの表面張力に打ち勝つことができ、その結果、凝集がもたらされ、部品の表面品質を改善することが可能になる。したがって、優れた機械的および審美的性質を持つ部品を製造することができる。

【0012】

本明細書および特許請求の範囲で使用される「材料押出し付加製造技法」という用語は、ノズルまたはオリフィスを通して選択的に吐出することによって、デジタルモデルから、モノフィラメントまたはペレットなどの熱可塑性材料から層状に材料を置くことにより、任意の形状の３次元固体物体を作製する任意の付加製造技法によって製造物品を作製することができることを意味する。例えば、押し出された材料は、コイルから巻き解かれたまたは押出しヘッドから堆積された、プラスチックフィラメントを置くことによって作製することができる。これらのモノフィラメント付加製造技法は、熱溶解積層法および熱溶解フィラメント製法、ならびにＡＳＴＭ Ｆ２７９２−１２ａにより定義されるその他の材料押出し技術を含む。

【0013】

「熱溶解積層法」または「熱溶解フィラメント製法」という用語は、熱可塑性材料を半液体状態に加熱し、その材料をコンピューター制御された経路に従い押し出すことによって、層ごとに、部品または物品を構築することを含む。熱溶解積層法は、モデリング材料および支持材料を利用する。モデリング材料は完成品を含み、支持材料は、プロセスが終了したときに、機械的に除去することができ、洗い落とすことができまたは溶解することができる足場材料を含む。このプロセスでは、材料を堆積して各層を完成させ、その後、基部をＺ軸の下に移動させ、次の層を開始する。

【0014】

材料押出しにより押し出された材料は、熱可塑性材料から作製することができる。そのような材料は、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、アクリルゴム、エチレン−酢酸ビニル（ＥＶＡ）、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、メタクリレートスチレンブタジエン（ＭＢＳ）、ポリアセタール（ＰＯＭまたはアセタール）、ポリアクリレートおよびポリメタクリレート（まとめてアクリルとしても公知である）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリアミド（ＰＡ、ナイロンとしても公知である）、ポリアミド−イミド（ＰＡＩ）、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、ポリブタジエン（ＰＢＤ）、ポリブチレン（ＰＢ）、ポリエステル、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）、およびポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）、ポリケトン（ＰＫ）、ポリオレフィン、例えばポリエチレン（ＰＥ）およびポリプロピレン（ＰＰ）、フッ素化ポリオレフィン、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリスルホン、ポリイミド（ＰＩ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリフェニルスルホン、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリウレタン（ＰＵ）、スチレン−アクリロニトリル（ＳＡＮ）、または前述の少なくとも１種を含む任意の組合せを含むことができる。ＡＢＳ、ＳＡＮ、ＰＢＴ、ＰＥＴ、ＰＣＴ、ＰＥＩ、ＰＴＦＥ、または前述の少なくとも１種を含む組合せとの、ポリカーボネートのブレンドは、メルトフロー、耐衝撃および薬品性などの所望の性質のバランスをとるのに特に注目すべきものである。これらのその他の熱可塑性材料の量は、モノフィラメントの重量に対して０．１％から７０重量％、その他の場合には１．０％から５０重量％、さらにその他の場合には５％から３０重量％にすることができる。

【0015】

本明細書で使用される「ポリカーボネート」という用語は、式（１）

【化1】

（式中、Ｒ^１基の総数の少なくとも６０パーセントは芳香族であり、または各Ｒ^１は、少なくとも１個のＣ_６〜３０芳香族基を含有する）
の反復構造カーボネート単位を有するポリマーまたはコポリマーを意味する。特に、各Ｒ^１は、式（２）の芳香族ジヒドロキシ化合物または式（３）のビスフェノールなどのジヒドロキシ化合物から誘導することができる。

【化2】

式（２）において、各Ｒ^ｈは独立して、ハロゲン原子、例えば臭素、Ｃ_１〜１０ヒドロカルビル基、例えばＣ_１〜１０アルキル、ハロゲン置換Ｃ_１〜１０アルキル、Ｃ_６〜１０アリール、またはハロゲン置換Ｃ_６〜１０アリールであり、ｎは０から４である。

【0016】

式（３）において、Ｒ^ａおよびＲ^ｂはそれぞれ独立して、ハロゲン、Ｃ_１〜１２アルコキシ、またはＣ_１〜１２アルキルであり；ｐおよびｑは、それぞれ独立して、０から４の整数であり、ｐまたはｑが４未満の場合には、環の各炭素の原子価が水素で満たされるようになされている。一実施形態では、ｐおよびｑがそれぞれ０であり、またはｐおよびｑがそれぞれ１であり、Ｒ^ａおよびＲ^ｂはそれぞれＣ_１〜３アルキル基、特にメチルであって、各アリーレン基上のヒドロキシ基に対してメタ位に配置されたものである。Ｘ^ａは、２個のヒドロキシ置換芳香族基を接続する架橋基であり、この架橋基と、各Ｃ_６アリーレン基のヒドロキシ置換基とは、Ｃ_６アリーレン基上で互いに対してオルト、メタ、またはパラ位（特に、パラ位）に配置されており、これらの架橋基は例えば、単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｓ（Ｏ）−、−Ｓ（Ｏ）_２−、−Ｃ（Ｏ）−、またはＣ_１〜１８有機基であって、環式または非環式、芳香族または非芳香族とすることができ、さらに、ハロゲン、酸素、窒素、硫黄、ケイ素、またはリンなどのヘテロ原子を含むことができる。例えばＸ^ａは、置換もしくは非置換Ｃ_３〜１８シクロアルキリデン；式−Ｃ（Ｒ^ｃ）（Ｒ^ｄ）−（式中、Ｒ^ｃおよびＲ^ｄはそれぞれ独立して水素、Ｃ_１〜１２アルキル、Ｃ_１〜１２シクロアルキル、Ｃ_７〜１２アリールアルキル、Ｃ_１〜１２ヘテロアルキル、もしくは環式Ｃ_７〜１２ヘテロアリールアルキルである）のＣ_１〜２５アルキリデン；または式−Ｃ（＝Ｒ^ｅ）−（式中、Ｒ^ｅは２価のＣ_１〜１２炭化水素基である）の基である。

【0017】

特定のジヒドロキシ化合物の、いくつかの例示的な例には、下記の化合物：４，４’−ジヒドロキシビフェニル、１，６−ジヒドロキシナフタレン、２，６−ジヒドロキシナフタレン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）ジフェニルメタン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）−１−ナフチルメタン、１，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）−１−フェニルエタン、２−（４−ヒドロキシフェニル）−２−（３−ヒドロキシフェニル）プロパン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）フェニルメタン、２，２−ビス（４−ヒドロキシ−３−ブロモフェニル）プロパン、１，１−ビス（ヒドロキシフェニル）シクロペンタン、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）イソブテン、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロドデカン、ｔｒａｎｓ−２，３−ビス（４−ヒドロキシフェニル）−２−ブテン、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）アダマンタン、α，α’−ビス（４−ヒドロキシフェニル）トルエン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）アセトニトリル、２，２−ビス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（３−エチル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（３−ｎ−プロピル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（３−イソプロピル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（３−ｓｅｃ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（３−シクロヘキシル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（３−アリル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（３−メトキシ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン、１，１−ジクロロ−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）エチレン、１，１−ジブロモ−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）エチレン、１，１−ジクロロ−２，２−ビス（５−フェノキシ−４−ヒドロキシフェニル）エチレン、４，４’−ジヒドロキシベンゾフェノン、３，３−ビス（４−ヒドロキシフェニル）−２−ブタノン、１，６−ビス（４−ヒドロキシフェニル）−１，６−ヘキサンジオン、エチレングリコールビス（４−ヒドロキシフェニル）エーテル、ビス（４−ヒドロキシフェニル）エーテル、ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルフィド、ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホキシド、ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホン、９，９−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フッ素、２，７−ジヒドロキシピレン、６，６’−ジヒドロキシ−３，３，３’，３’−テトラメチルスピロ（ビス）インダン（「スピロビインダンビスフェノール」）、３，３−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フタルイミド、２，６−ジヒドロキシジベンゾ−ｐ−ジオキシン、２，６−ジヒドロキシチアントレン、２，７−ジヒドロキシフェノキサチン、２，７−ジヒドロキシ−９，１０−ジメチルフェナジン、３，６−ジヒドロキシジベンゾフラン、３，６−ジヒドロキシジベンゾチオフェン、および２，７−ジヒドロキシカルバゾールなどのビスフェノール化合物；レゾルシノール、５−メチルレゾルシノール、５−エチルレゾルシノール、５−プロピルレゾルシノール、５−ブチルレゾルシノール、５−ｔ−ブチルレゾルシノール、５−フェニルレゾルシノール、５−クミルレゾルシノール、２，４，５，６−テトラフルオロレゾルシノール、または２，４，５，６−テトロブロモレゾルシノールなどの置換レゾルシノール化合物；カテコール；ヒドロキノン；２−メチルヒドロキノン、２−エチルヒドロキノン、２−プロピルヒドロキノン、２−ブチルヒドロキノン、２−ｔ−ブチルヒドロキノン、２−フェニルヒドロキノン、２−クミルヒドロキノン、２，３，５，６−テトラメチルヒドロキノン、２，３，５，６−テトラ−ｔ−ブチルヒドロキノン、２，３，５，６−テトラフルオロヒドロキノン、または２，３，５，６−テトラブロモヒドロキノンなどの置換ヒドロキノンが含まれる。

【0018】

特定のジヒドロキシ化合物には、レゾルシノール、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン（「ビスフェノールＡ」または「ＢＰＡ」であり、Ａ^１およびＡ^２のそれぞれはｐ−フェニレンであり、Ｘ^ａは式（３）中のイソプロピリデンである）、３，３−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フタルイミジン、２−フェニル−３，３’−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フタルイミジン（Ｎ−フェニルフェノールフタレインビスフェノール、「ＰＰＰＢＰ」、または３，３−ビス（４−ヒドロキシフェニル）−２−フェニルイソインドリン−１−オンとしても公知である）、１，１−ビス（４−ヒドロキシ−３−メチルフェニル）シクロヘキサン（ＤＭＢＰＣ）、および１，１−ビス（４−ヒドロキシ−３−メチルフェニル）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン（イソフォロンビスフェノール）が含まれる。

【0019】

これらの芳香族ポリカーボネートは、公知のプロセスによって、例えば２価フェノールを、ホスゲンなどのカーボネート前駆体と、上述の文献および米国特許第４，１２３，４３６号に記載されている方法に従って反応させることにより、または米国特許第３，１５３，００８号に開示されているようなエステル交換プロセスにより、ならびに当業者に公知のその他のプロセスにより、製造することができる。

【0020】

ホモポリマーではなくカーボネートコポリマーまたはインターポリマーが望まれる場合には、２種以上の異なる２価フェノールを用いることも可能である。ポリカーボネートコポリマーは、非カーボネート反復単位、例えば反復エステル単位（ポリエステル−カーボネート）、反復シロキサン単位（ポリカーボネート−シロキサン）、またはエステル単位とシロキサン単位との両方（ポリカーボネート−エステル−シロキサン）をさらに含むことができる。米国特許第４，００１，１８４号に記載されているような分枝状ポリカーボネートも有用である。また、直鎖状ポリカーボネートおよび分枝状ポリカーボネートの組合せも利用することができる。さらに、上記材料のいずれかの組合せを使用してもよい。

【0021】

いずれにしても、好ましい芳香族ポリカーボネートは、ホモポリマー、例えば２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン（ビスフェノールＡ）およびカーボネートまたはカーボネート前駆体から誘導されたホモポリマーであって、ＳＡＢＩＣから登録された商標であるＬＥＸＡＮの商品名で市販されているものである。

【0022】

本明細書で使用される熱可塑性ポリカーボネートは、化学的および物理的な性質の、ある組合せを保持する。このポリカーボネートは、少なくとも５０モル％のビスフェノールＡから作製され、ポリカーボネート標準に基づいて較正されたゲル透過クロマトグラフィー（ＧＰＣ）によって測定された、モル当たり１０，０００から５０，０００グラム（ｇ／ｍｏｌ）の重量平均分子量（Ｍｗ）を有し、１３０から１８０度Ｃ（℃）のガラス転移温度（Ｔｇ）を有する。

【0023】

物理的性質のこの組合せの他に、これらの熱可塑性ポリカーボネート組成物は、ある任意選択的な物理的性質を保持していてもよい。これらのその他の物理的性質は、平方インチ当たり５，０００ポンド（ｐｓｉ）の降伏点引張り強さと、１００℃で１，０００ｐｓｉよりも大きい曲げ弾性率とを有することを含む（ＡＳＴＭ Ｄ４０６５−０１により、動的機械分析（ＤＭＡ）によって３．２ｍｍの棒に関して測定されたとき）。

【0024】

その他の成分を、モノフィラメントに添加することもできる。これらの成分には、ソルベントバイオレット３６、ピグメントブルー６０、ピグメントブルー１５：１、ピグメントブルー１５．４、カーボンブラック、二酸化チタン、または前述の少なくとも１種を含む任意の組合せなどの着色剤が含まれる。

【0025】

本明細書に開示される構成要素、プロセス、および装置の、より完全な理解は、添付図面を参照することによって得ることができる。これらの図（本明細書では「ＦＩＧ．」とも呼ばれる）は、便宜上および本開示を実証する容易さに基づいた単なる概略的な表示であり、したがって、デバイスまたはその構成要素の相対的なサイズおよび寸法を示そうとするものでもなくかつ／または例示的な実施形態の範囲を定めもしくは限定しようとするものでもない。特定の用語は、下記の説明において明瞭にするために使用されるが、これらの用語は、図面において例示のために選択された実施形態の特定の構造を単に指すものであり、開示の範囲を定めまたは限定しようとするものではない。図面および下記の説明において、同様の符合は同様の機能の構成要素を指すことが理解されよう。

【0026】

図１に示されるように、システム１０は、例示的な材料押出し付加製造であり、構築プラットフォーム１４、ガイドレールシステム１６、押出しヘッド１８、および供給源２０を含む。構築プラットフォーム１４は、その上で物品２４を構築することができ、コンピューター作動式制御器２８から与えられる信号に基づいて垂直に移動することができる、支持構造である。ガイドレールシステム１６は、押出しヘッド１８を、制御器２８から与えられた信号に基づいて、構築プラットフォーム１４に平行な平面内の任意の点に移動させることができる。代替例では、構築プラットフォーム１４は、水平に移動するように構成することができ、押出しヘッド１８は、垂直に移動するように構成されてもよい。その他の類似の配置構成、例えばプラットフォーム１４と押出しヘッド１８の１つまたは両方が互いに対して移動可能になるような配置構成を、使用してもよい。

【0027】

エネルギー源５４を、押出しヘッド１８に連結することができ、または押出しヘッド１８から切り離すことができる。例えば、図３に示すように、エネルギー源５４は、支持アーム５８を介して押出しヘッド１８に連結される。代替例では、エネルギー源５４は、システム１０の内面に連結することができまたは可動支持構造に連結することができる。エネルギー源５４は、移動可能にすることができ、コンピューター作動式制御器２８によって制御することができる。例えば、エネルギー源５４は、システム１０内の特定の点にエネルギーが提供されるように、移動可能にすることができる。複数のエネルギー源５４を用いることができる。エネルギー源は、先に堆積された層５０の上部５１の領域５６を、押出しヘッド１８から出る熱可塑性ポリマー材料のガラス転移温度（Ｔｇ）（Ｙ）と、熱可塑性ポリマー材料の融点との間まで加熱することが可能な任意のデバイス、または先に堆積された層５０の上部５１の領域５６を、Ｙ≧Ｘ≧Ｙ−２０、特にＹ≧Ｘ≧Ｙ−１０もしくはＹ−５≧Ｘ≧Ｙ−２０である温度（Ｘ）まで加熱することが可能な任意のデバイスを含むことができる。言い換えれば、押出しヘッド１８から出る熱可塑性ポリマー材料のＴｇが２８０℃である場合、デバイスは、領域５６を２６０〜２８０℃に、特に２７０℃から２８０℃または２６０℃から２７５℃に加熱することが可能である。可能性のあるエネルギー源のいくつかの例は、光源（例えば、紫外光源、赤外光源、レーザー）、加熱された不活性ガス、加熱平板、赤外線加熱、および前述の少なくとも１つを含む組合せを含む。例えば、エネルギー源５４は、出力範囲が約２０ワット（Ｗ）から２００であり波長が１０６４ナノメートル（ｎｍ）の、ＹＡＧレーザーにすることができる。可能性のある不活性ガスは、特定の熱可塑性材料に依存し、加工温度で分解することのないまたはそうでない場合には熱可塑性材料と反応することのない任意のガスを含む。可能性のある不活性ガスの例には、窒素、空気、およびアルゴンが含まれる。

【0028】

任意選択で、層５０の上部５１の温度を決定するために、加熱される領域に隣接して温度センサ７２（例えば、非接触温度センサ）を装置に含めることができ、その結果、層５０の上部５１の温度を、エネルギー源の適用前に決定することができるようになる。このようにすることによって、上部５１の実際の温度および領域５６の所望の温度に基づいて、エネルギー源５４からの熱の強度のオンライン調節が可能になる。

【0029】

所望の接着特性および／またはその他の部品特性を得るために、エネルギー源（例えば、高温ガスノズル）および押出しヘッド（例えば、メルト用チップ）は、部品が完成するまで縦並びで移動することができる。

【0030】

装置には、熱可塑性材料を付与した後の層に圧力を加えるように構成された圧力源７４も、任意選択的に、例えば、押出しヘッド１８に隣接して含めることができ、その結果、堆積された熱可塑性材料を先に設けられた層に加圧して（例えば、層５２を層５０に加圧して）、例えば材料を稠密化し、隙間または気泡を除去し、および／または層間の接着を増強することができるようになる（図８参照）。

【0031】

さらに、材料押出し付加製造で十分理解されるように、段差または谷が、隣接する層の間に生成される。層間のこの谷８０は、最終製品の審美性を損ない、望ましくない（図５参照）。谷は、谷の基部から、隣接する層の表面までの深さを有する。熱可塑性材料を付与した後に圧力を加えることにより、熱可塑性材料を圧密化し、谷８０に流入させ、そのサイズを低減させる。圧力を層に加えることにより、谷の深さを５０％以上、特に７０％以上、さらに８０％以上低減させることができる。例えば、谷の深さが、圧力を加えない状態で１０マイクロメートル（μｍ）の場合、圧力を加えた後の深さは５μｍ以下になる。

【0032】

加えられた圧力は、下記：層の稠密化、気泡の除去、付与層と先行層の間の隙間の除去、熱可塑性材料を谷に流入させることの少なくとも１つを行うのに十分なものにすることができる。

【0033】

例えば圧力源は、層上に、ガス流下（例えば、圧縮ガス）を与えることが可能なデバイスにすることができる。プロセスは、堆積されたばかりのポリマー融解物を、２つの隣接する層の間の角部分を満たすのにちょうど十分になるように先に堆積された層のかすかに縁部まで流動させるため、高圧ガス流を使用するようさらに修正することができ、その結果、その先細り表面はより滑らかになり、したがって形成された部品の審美性および強度が改善される。寸法制御を確実にするには、表面をより滑らかにするために角部分を満たす、流れるように作製された融解物の量に相当する追加の量の融解物を堆積させる必要がある。

【0034】

システム１０で使用する、適切な押出しヘッドの例は、その全体を引用して援用する米国特許第７，６２５，２００号に開示されているものを含むことができる。さらに、システム１０は、モデリングおよび／または支持材料を１つ以上のチップから堆積するために、複数の押出しヘッド１８を含んでいてもよい。熱可塑性材料は、供給源２０から押出しヘッド１８に供給することができ、それによって、押出しヘッド１８で熱可塑性材料を堆積して物品２４を形成することが可能になる。

【0035】

熱可塑性材料は、様々な異なる媒体中で、押出しベースの付加製造システム内のシステム１０に提供されてもよい。例えば、材料は、連続モノフィラメントの形態で供給することができる。例えば、システム１０では、モデリング材料を、供給源２０からそれぞれ供給された連続モノフィラメントストランドとして提供することができる。モデリングおよび支持材料のフィラメントストランドに関する適切な平均直径の例は、約１．２７ミリメートル（約０．０５０インチ）から約３．０ミリメートル（約０．１２０インチ）の範囲である。次いで受容された支持材料は、構築プラットフォーム１４上に堆積され、層ベースの付加製造技法を使用して物品２４を構築する。支持構造は、物品２４の層の任意選択的な張出し領域の垂直支持をもたらすように堆積することもでき、その結果、物品２４は様々な幾何形状で構築されるようになる。

【0036】

図２に示されるように、３Ｄモデルは、付随するエネルギー源５４なしで、押出しヘッド１８を使用して作製することができる。この技法を使用して、押出しヘッド１８は、層５０ａをプラットフォーム１４上に堆積する。層５０ａは硬化可能になり、後続の層５２ａは層５０ａの上部に堆積される。表面接触領域６０ａは、層５０ａと後続の層５２ａとの間に画定される。プロセスを、物品２４が完成するまで繰り返す。

【0037】

図３に示されるように、エネルギー源５４は、支持アーム５８を介して押出しヘッド１８に連結される。動作中、図３の押出しヘッド１８は、層５０をプラットフォーム１４上に堆積する。後続の層５２を堆積する前に、エネルギー源５４は、エネルギーをエネルギー源目標領域５６に指し向ける。レーザー波長の選択は、組成物の吸収に依存し、基板とレーザーとの間の相互作用は、出力、周波数、速度、および焦点などのレーザーパラメーターを修正することによって、操作することができる。レーザーと基板との間の相互作用は、レーザーの波長を吸収する添加剤を添加することによって、調整しまたは改善することもできる。エキシマレーザーは、紫外波長（例えば、１２０〜４５０ｎｍ）に使用することができる。ダイオードレーザーは、可視スペクトルの波長（例えば、４００〜８００ｎｍ）に使用することができる。固体またはファイバーレーザーは、近赤外領域の波長（例えば、８００〜２１００ｎｍ）で使用することができる。例えば、レーザー波長に応じ、特定の添加剤を使用して、性質と相互作用との間の有効なバランスを実現することができる。非限定的な例示的な添加剤には、紫外波長に関しては２−（２ヒドロキシ−５−ｔ−オクチルフェニル）ベンゾトリアゾールを、可視スペクトル波長に関してはカーボンブラックを、近赤外波長に関しては六ホウ化ランタンを含むことができる。

【0038】

エネルギー源目標領域５６は、後続の層５２が堆積されることになる領域に位置する、層５０の上部５１を含むことができる。言い換えれば、エネルギー源５４は、エネルギーをエネルギー源目標領域５６に送出して、層５２を層５０上に堆積する前に、堆積された層５０の上部５１の表面エネルギーを増大させることができる。したがって、エネルギー源５４は、層５２を堆積する前に、エネルギー源目標領域５６で、層５０の少なくとも上部５１（層５２が堆積されることになる層５０の部分とも呼ぶ）の表面エネルギーを増大させ、その結果、２層の間の結合強度が増大する。この改善された結合強度は、層５０と層５２との間の低下したエネルギーの不一致から得られる。層５２のより高い温度は、表面間の分子の絡み合いを改善させ、より大きい凝集を可能にする。層間の、より低い温度の不一致は、不均衡な収縮に起因した界面での応力を制限する。さらに、層５０の上部５１の表面エネルギーの増大は、層５０および５２の間の表面接触領域６０を、エネルギー源が用いられない接触領域６０ａ（図２）の表面以上に増大させる。エネルギー源目標領域５６は、層５０の幅の約５０％以上を含むことができる。エネルギー源目標領域５６は、層３０の幅の約５０％以下を含むことができる。

【0039】

図４および５に示されるように、エネルギー源目標領域６６は、後続の層５２が堆積されることになる領域に隣接して位置する層６５の側部６１を含むことができる。言い換えれば、エネルギー源５４は、エネルギーをエネルギー源目標領域６６に送出して、層６５に隣接して層５２を堆積する前に、堆積された層６０の側部６１の表面エネルギーを増大させることができる。したがって、エネルギー源５４は、層５２を堆積する前に、エネルギー源目標領域６６にある層６５の少なくとも側部６１の表面エネルギーを増大させ、その結果、２層の間の結合強度が増大する。この改善された結合強度は、層６５と層５２との間の低下したエネルギーの不一致から生ずる。層５２のより高い温度は、表面間の、改善された分子の絡み合いを可能にし、より大きい凝集を可能にする。層間の、より低い温度の不一致は、不均衡な収縮に起因した界面での応力を制限する。

【0040】

目標領域５６の表面エネルギーを増大させるための、エネルギー源５４の使用は、最終物品２４における多孔率の低減も可能にする。例えば、このプロセスを通して作製された製品は、エネルギー源５４を用いない付加製造プロセスを通して作製された製品よりも、３０％少ない多孔率を有することができる。さらに、層同士の接着は、ＡＳＴＭ Ｄ−３０３９に従い測定されるように、最大で約５０％改善することができる。

【0041】

一実施形態では、エネルギー源５４は、エネルギーを、その他の後続の層に接触し次いで接着する層５０の部分にあるエネルギー源目標領域に加えるだけである。その実施形態では、層５０のその他の部分にエネルギーを直接加えない。その他の実施形態では、エネルギーを、層のその他の部分に伝達してもよい。エネルギー源目標領域５６へのエネルギー源５４の適用と、その後に続く層の接触との間の時間は、加えられたエネルギーを層から散逸させないように比較的短い。いくつかの実施形態では、この時間の長さは１分未満、特に０．５分未満、さらに０．２５分未満と考えられる。

【0042】

図６は、３次元物品２４を作製する方法を示す。ステップ１００では、熱可塑性ポリマー材料の層５０を、プリセットパターンでプラットフォーム１４上に堆積する。次に、ステップ１０１では、エネルギー源５４を、エネルギービームを介して層５０上のエネルギー源目標領域５６に指し向けて、エネルギー源目標領域５６での層５０の表面エネルギーを増大させる。ステップ１０２では、後続の層５２を、プリセットパターンの経路に沿って層５０上に堆積する。ステップ１００〜１０２を繰り返して、３次元物品２４を形成する。

【0043】

図７は、３次元物品２４を形成するための別の方法を示す。ステップ１１０では、熱可塑性ポリマー材料の層５０を、熱溶解積層装置を使用して、プリセットパターンでプラットフォーム１４上に堆積する。ステップ１１１では、層５０の少なくとも一部の表面エネルギーが増大する。ステップ１１２では、後続の層５２を、層５０上に堆積する。ステップ１１０〜１１２を繰り返して、３次元物品２４を形成する。

【0044】

多孔率の低減、隣接する層の間の高い結合強度、および隣接する層の間で増大する表面接触は、３Ｄ物品２４の審美的品質を改善することができる。さらに、サンダー仕上げ、硬化、および／または追加の仕上げなどの追加の後工程ステップを、低減させることができる。したがって、生産速度および製品品質の増大を、本明細書に記述されるシステムおよび方法を使用して実現することができる。
実施形態１： ３次元物体を形成する方法であって：熱可塑性ポリマー材料の層を、プリセットパターンでプラットフォーム上に堆積して、堆積層を形成するステップと；エネルギー源を、エネルギービームを介し、堆積層上のエネルギー源目標領域に指し向けて、エネルギー源目標領域での堆積層の表面エネルギーを増大させるステップと；エネルギー源目標領域を、プリセットパターンの経路に沿って堆積される後続の層と接触させるステップと；先行するステップを繰り返して、３次元物体を形成するステップとを含み、エネルギー源をエネルギー源目標領域に指し向けるステップが、堆積層の或る領域に、その領域への後続の層の堆積に先行してエネルギーを加えることを含む方法。

【0045】

実施形態２： ３次元物体を形成する方法であって：熱可塑性材料の層を、熱溶解積層装置を使用し、ノズルを通してプラットフォーム上にプリセットパターンで堆積して、堆積層を形成するステップと；堆積層の少なくとも一部の表面エネルギーを増大させるステップと；増大した表面エネルギーを含む上記少なくとも一部で、堆積層上に後続の層を堆積するステップと；先行するステップを繰り返して、３次元物体を形成するステップとを含む方法。

【0046】

実施形態３： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、表面エネルギーを増大させるステップが、エネルギー源を、堆積層上のエネルギー源目標領域に指し向けて、エネルギー源目標領域での堆積層の表面エネルギーを増大させるステップを含み；エネルギー源をエネルギー源目標領域に指し向けるステップが、層の或る領域に、その領域への後続の層の堆積に先行してエネルギーを加えるステップを含む方法。

【0047】

実施形態４： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、表面エネルギーを増大させることになる領域で、表面エネルギーを増大させる前に、堆積層の温度を感知するステップと、感知された温度に基づいて表面エネルギーを増大させるステップとをさらに含む方法。

【0048】

実施形態５： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、表面エネルギーを増大させるステップが：堆積層の上面の或る領域に、その上面の或る領域への後続の層の堆積に先行して、エネルギーを加えるステップ；および隣接する堆積層の側面の或る領域に、その側面の或る領域への後続の層の堆積に先行して、エネルギーを加えるステップの少なくとも１つを含む方法。

【0049】

実施形態６： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、ノズルに隣接する後続の層に圧力を加えるステップをさらに含む方法。

【0050】

実施形態７： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、層が、押し出されたストランドを含む方法。

【0051】

実施形態８： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、エネルギー源が、光源、加熱平板、赤外線加熱、加熱された不活性ガス、および前述の少なくとも１つを含む組合せを含む方法。

【0052】

実施形態９： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、エネルギー源を指し向けるステップが：エネルギー源目標領域の温度を、熱可塑性ポリマー材料ガラスの転移温度よりも高く上昇させるステップ；エネルギー源目標領域の温度を、Ｙ≧Ｘ≧Ｙ−２０である温度（Ｘ）に上昇させるステップ；およびエネルギー源目標領域の温度を、熱可塑性ポリマー材料のガラス転移温度と熱可塑性ポリマー材料の融点との間の温度に上昇させるステップの、少なくとも１つを含む方法。

【0053】

実施形態１０： 実施形態９の方法であって、エネルギー源を指し向けるステップが、温度（Ｘ）を上昇させるステップを含み、温度（Ｘ）がＹ≧Ｘ≧Ｙ−１０、好ましくはＹ−５≧Ｘ≧Ｙ−２０である方法。

【0054】

実施例１１： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、層と後続の層との間の表面接触領域が、エネルギー源をエネルギー源目標領域に指し向けるステップを含まない層および後続の層に関する表面接触領域よりも大きいものである方法。

【0055】

実施形態１２： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、表面エネルギーを増大させるステップと、後続の層を堆積するステップとの間の時間の長さが、１分未満である方法。

【0056】

実施形態１３： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、エネルギー源をエネルギー源目標領域に指し向けるステップが、堆積層の上面の或る領域に、その上面の領域への後続の層の堆積に先行してエネルギーを加えるステップを含む方法。

【0057】

実施形態１４： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、エネルギー源をエネルギー源目標領域に指し向けるステップが、隣接して堆積された層の側面の或る領域に、その側面の領域への後続の層の堆積に先行してエネルギーを加えるステップを含む方法。

【0058】

実施形態１５： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、熱可塑性ポリマー材料が、ポリカーボネート、アクリロニトリルブタジエンスチレン、アクリルゴム、液晶ポリマー、メタクリレートスチレンブタジエン、ポリアクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアミド−イミド、ポリアリールエーテルケトン、ポリブタジエン、ポリブチレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリカプロラクトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリケトン、ポリエステル、ポリエステルカーボネート、ポリエチレン、ポリエーテルエーテルケトン ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリイミド、ポリ乳酸、ポリメチルペンテン、ポリオレフィン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフタルアミド、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリウレタン、スチレン−アクリロニトリル、シリコーンポリカーボネートコポリマー、または前述の少なくとも１種を含む任意の組合せを含む方法。

【0059】

実施形態１６： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、熱可塑性ポリマー材料がポリカーボネートを含む方法。

【0060】

実施形態１７： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、エネルギー源が、紫外光源、赤外光源、レーザー、加熱平板、赤外線加熱、および前述の少なくとも１つを含む組合せを含む方法。

【0061】

実施形態１８： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、エネルギー源がレーザーである方法。

【0062】

実施形態１９： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、エネルギー源を指し向けるステップが、エネルギー源目標領域の温度を、熱可塑性ポリマー材料のガラス転移温度よりも高く上昇させるステップを含む方法。

【0063】

実施形態２０： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、エネルギー源目標領域が、層の幅の約３０％以上を含む方法。

【0064】

実施形態２１： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、エネルギー源目標領域が、層の幅の３０％以下を含む方法。

【0065】

実施形態２２： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、エネルギー源を指し向けるステップが、エネルギー源目標領域の温度を、熱可塑性ポリマー材料のガラス転移温度と熱可塑性ポリマー材料の融点との間の温度に上昇させるステップを含む方法。

【0066】

実施形態２３： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、層が、押出しヘッドから堆積される方法。

【0067】

実施形態２４： 実施形態２３の方法であって、押出しヘッドと層との間の垂直距離が、後続の層を堆積する前に増大する方法。

【0068】

実施形態２５： 実施形態２４の方法であって、垂直距離を増大させるステップが、プラットフォームを低下させるステップを含む方法。

【0069】

実施形態２６： 実施形態２４の方法であって、垂直距離を増大させるステップが、押出しヘッドを上昇させるステップを含む方法。

【0070】

実施形態２７： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、３次元物体が、エネルギー源を用いない付加製造プロセスを通して作製された製品よりも３０％少ない多孔率を含む方法。

【0071】

実施例２８： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、層と後続の層との間の表面接触領域が、エネルギー源をエネルギー源目標領域に指し向けるステップを含まない層および後続の層に関する表面接触領域よりも大きい方法。

【0072】

実施形態２９： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、垂直距離を増大させるステップが、プラットフォームを低下させるステップ；および押出しヘッドを上昇させるステップの少なくとも１つを含む方法。

【0073】

実施形態３０： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、層の表面エネルギーを、表面積目標領域である層の部分でのみ増大させる方法。

【0074】

実施形態３１： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、層の少なくとも一部の表面エネルギーを増大させるステップと、後続の層を堆積するステップとの間の時間の長さが、１分未満である方法。

【0075】

実施形態３２： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、後続の層が、増大した表面エネルギーを有する層の部分に堆積される方法。

【0076】

実施形態３３： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、増大した表面エネルギーを有する領域が、層の表面の面積の１０％以下である方法。

【0077】

実施形態３４： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、増大した表面エネルギーを有する領域が、層の表面の面積の５％以下である方法。

【0078】

実施形態３５： 先行する実施形態のいずれかの方法であって、増大した表面エネルギーを有する領域が、層の表面の面積の２％以下である方法。

【0079】

実施形態３６： ３次元物体を形成するための装置であって：３次元物体を支持するように構成されたプラットフォームと；プラットフォームと相対的に配置され、熱可塑性材料を、プリセットパターンに堆積して、３次元物体の層を形成するように構成された、押出しヘッドと；押出しヘッドと相対的に配置され、エネルギー源目標領域の表面エネルギーを増大させるように構成されたエネルギー源であって；エネルギー源目標領域が、後続の層を堆積するための領域の前方の堆積層の一部を含む、エネルギー源と；プラットフォームと相対的に、押出しヘッドおよびエネルギー源の位置を制御するように構成された制御器とを含む装置。

【0080】

実施形態３７： 実施形態３６の装置であって、表面エネルギーが増大することになる領域で、表面エネルギーを増大させる前に堆積層の温度を感知し、感知された温度に基づいて表面エネルギーを増大させることが可能な温度センサをさらに含む装置。

【0081】

実施形態３８： 実施形態３６〜３７のいずれかの装置であって、ノズルに隣接する後続の層に圧力を加えることが可能な圧力センサをさらに含む装置。

【0082】

実施形態３９： 実施形態３６〜３８のいずれかの装置であって、エネルギー源が、光源、加熱平板、赤外線加熱、加熱された不活性ガス、および前述の少なくとも１種を含む組合せを含む装置。

【0083】

実施形態４０： 実施形態３６〜３９のいずれかの装置であって、エネルギー源目標領域が、堆積層の上部を含む装置。

【0084】

実施形態４１： 実施形態３６〜４０のいずれかの装置であって、エネルギー源目標領域が、堆積層の側部を含む装置。

【0085】

実施形態４２： 実施形態３６〜４１のいずれかの装置であって、エネルギー源目標領域が、支持アームを介して押出しヘッドに連結される装置。

【0086】

実施形態４３： 実施形態３６〜４２のいずれかの装置であって、エネルギー源が押出しヘッドに連結されていない装置。

【0087】

実施形態４４： 実施形態３６〜４３のいずれかの装置であって、エネルギー源目標領域が、層の幅の約５０％以上を含む装置。

【0088】

実施形態４５： 実施形態３６〜４４のいずれかの装置であって、エネルギー源目標領域が、層の幅の約５０％以下を含む装置。

【0089】

実施形態４６： 実施形態３６〜４５のいずれかの装置であって、熱可塑性ポリマー材料が、ポリカーボネート、アクリロニトリルブタジエンスチレン、アクリルゴム、液晶ポリマー、メタクリレートスチレンブタジエン、ポリアクリレート（アクリル）、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアミド−イミド、ポリアリールエーテルケトン、ポリブタジエン、ポリブチレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリカプロラクトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリケトン、ポリエステル、ポリエステルカーボネート、ポリエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリイミド、ポリ乳酸、ポリメチルペンテン、ポリオレフィン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフタルアミド、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリウレタン、スチレン−アクリロニトリル、シリコーンポリカーボネートコポリマー、または前述の少なくとも１種を含む任意の組合せを含む装置。

【0090】

実施形態４７： 実施形態３６〜４６のいずれかの装置であって、熱可塑性ポリマー材料がポリカーボネートを含む装置。

【0091】

実施形態４８： 実施形態３６〜４７のいずれかの装置であって、制御器が、後続の層を堆積する前に、押出しヘッドと層との間の垂直距離を修正するように構成される装置。

【0092】

実施形態４９： 実施形態３６〜４８のいずれかの装置であって、エネルギー源がレーザーである装置。

【0093】

実施形態５０： 実施形態３６〜４９のいずれかの装置であって、エネルギー源が、加熱された不活性ガスである装置。

【0094】

実施形態５１： 実施形態３６〜５０のいずれかの装置であって、プラットフォームと押出しヘッドとの間の垂直距離が、調節可能である装置。

【0095】

一般に本発明は、本明細書に開示された任意の適切な構成要素を交互に含み、それらの構成要素からなり、またはそれらの構成要素から本質的になる。本発明は、追加としてまたは代替として、従来技術の組成物で使用される、またはその他の場合には本発明の機能および／または目的を達成するのに必要ではない、任意の構成要素、材料、成分、助剤、または化学種がないように、または実質的に含まないように案出されてもよい。

【0096】

本明細書に開示される全ての範囲は端点を含み、端点は、独立して互いに組み合わせ可能である（例えば、「２５重量％まで、またはより詳細には５重量％から２０重量％」の範囲は、「５重量％から２５重量％」などの範囲の端点と全ての中間値とを含む）。「組合せ」は、ブレンド、混合物、合金、および反応生成物などを含む。さらに、本明細書における「第１」および「第２」などの用語は、いかなる順序、量、または重要性も示さず、むしろ１つの要素を別の要素とは別に示すのに使用される。本明細書における「ａ」および「ａｎ」および「ｔｈｅ」という用語は、量の限定を示すものではなく、本明細書に他に示されない限りまたは文脈によって明らかに否定されない限り、単数形および複数形の両方を包含すると解釈される。「または」は、文脈によってその他のことが明らかに示されない限り、「および／または」を意味する。本明細書で使用される接尾辞「（ｓ）」は、それが修飾する用語の単数形および複数形の両方を含むものとし、それによって、その用語の１つ以上を含むものとする（例えば、ｆｉｌｍ（ｓ）は、１つ以上の被膜を含む）。本明細書の全体を通して「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「別の一実施形態」、および「一実施形態（ａ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」などと言う場合は、その実施形態に関連して記述される特定の要素（例えば、特徴部、構造、および／または特性）が、本明細書に記述される少なくとも１つの実施形態に含まれ、その他の実施形態に存在してもしなくてもよいことを意味する。さらに、記述される要素は、様々な実施形態において任意の適切な手法で組み合わされてもよいことを理解されたい。本明細書で他に指定しない限り、全ての試験基準は、本出願の出願日現在でごく最近の試験基準である。

【0097】

全ての参考文献は、その全体を本願に引用して援用する。

【0098】

特定の実施形態について記述してきたが、現在のところ予測できないまたは予測できないと考えられる代替例、修正例、変形例、改善例、および実質的な均等物を、出願人または当業者なら思い浮かべるであろう。したがって、出願時のおよび補正され得る、添付される特許請求の範囲は、そのような代替例、修正例、変形例、改善例、および実質的な均等物の全てを包含する。

【0099】

出願人／出願人らは、下記を主張する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】